专利名称：基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微动平台，更特别地说，是指一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台。
背景技术：
在精密工程中一般需要末端执行器具有纳米级别的分辨率，而末端执行器的分辨率取决于所选驱动器的分辨率。目前最常见的高精度驱动器主要有压电陶瓷、音圈电机等。压电陶瓷是一种将机械能和电能相互转化的无机非金属材料，当对压电材料施加压力，它便会产生电位差，反之施加电压，则产生机械力。它具有平稳、连续、响应快、纳米精度和较大输出力等优点，但是运动范围非常小，一般为几个微米到几十个微米，并且存在迟滞现象；音圈电机运动同样具有纳米分辨率并且行程可达到毫米级，但是驱动力非常小，很难满足微纳操作中并联机构对较大输入力的需求，因此它的应用也得到限制。由于压电陶瓷和音圈电机价格昂贵，常见的直线电机多为步进电机，它虽然也具有平稳、连续和高速等特点，但是由于自身的机械结构而导致分辨率只能达到微米级别。柔性机构是一种依靠材料的变形来传递运动或力的新型机构。相对刚性机构而言，它具有无间隙、无摩擦，可实现高精度运动；无需进行润滑，避免了污染；免于磨损，提高寿命等优点而越来越被应用在精密工程中。此外，先进的加工方法(如线切割)使柔性机构的加工成为现实。传统的运动缩小机构如杠杆，多个杠杆相连接，也可达到一定的缩小倍数，但是杠杆机构的刚度差，无法满足驱动对高刚度的要求；并且随着输入位移的增大，输入位移与输出位移之间呈现出非线性，无法获得固定的缩小比例。
发明内容
本发明的目的是提出了一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，该微动平台为一体化机械加工成型件、且具有两级运动缩小功能，即减速器功能。将微动平台与直线电机配合使用能够使直线电机的分辨率达到纳米级别，并且克服了直线电机输出力较小的问题。该微动平台采用多边形变形的构形方式，且在同一平面内实现。本发明设计的微动平台通过改变倾斜梁组的倾斜方向可以得到四种不同的微动平台。本发明的一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于该微动平台上设有基座(I)、第一倾斜梁组件(2)、第二倾斜梁组件(3)、第三倾斜梁组件(4 )、第四倾斜梁组件(5 )、第五倾斜梁组件(6 )、第六倾斜梁组件(7 )、第一过渡板(8 )、第二过渡板(10)、第一导向梁组件(12)、第二导向梁组件(13)、输入板(9)、输出板(11)、输出杆(14)；第四倾斜梁组件(5)的结构与第一倾斜梁组件(2)的结构是以横向对称中心线对称相同的；第五倾斜梁组件(6)的结构与第一倾斜梁组件(2)的结构是以纵向对称中心线对称相同的；第六倾斜梁组件(7)的结构与第四倾斜梁组件(5)的结构是以纵向对称中心线对称相同的；第三倾斜梁组件(4)的结构与第二倾斜梁组件(3)的结构是以横向对称中心线对称相同的；第一导向梁组件(12)与第二导向梁组件(13)的结构相同；第一过渡板(8)的结构与第二过渡板(10)的结构是以横向对称中心线对称相同的；基座(I)的第一支撑臂(101)与第二支撑臂(102)之间设有第一导向梁组件(12)、输出板(11)和第二导向梁组件(13)；基座(I)的底板(103)与输出板(11)之间,且在横向对称中心线的一侧设有第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)和第五倾斜梁组件(6);横向对称中心线的另一侧设有第四倾斜梁组件(5)、第二过渡板(10)和第六倾斜梁组件(7)；第一过渡板(8)与第二过渡板(10)之间设有第二倾斜梁组件(3)、输入板(9)和第三倾斜梁组件(4);输入板(9)上设有A通孔(9B)，该A通孔(9B)用于放置直线电机(15)的输出轴(16)，且通过螺钉(9A)实现输入板(9)与直线电机(15)的输出轴(16)的连接；输出杆(14)的螺纹段(14A)安装在输出板(11)的螺纹孔(IlA)中；直线电机(15)的壳体通过螺钉(15A)安装在基座(I)的底板(103)上，且直线电机(15)的输出轴(16)穿过底板(103)上的B通孔(103A)后置于输入板(9)的A通孔(9B)内，通过螺钉(9A)使得直线电机(15)的输出轴(16)与输入板(9)安装在一起。本发明微动平台的优点是①采用六个倾斜梁组形成的两个减速器来实现运动的缩小，在提高刚度的同时实现了在较大运动范围内的线性输出，避免了传统杠杆机构带来的刚度差和运动输入与输出间的非线性。②倾斜梁组一方面采用了二隔腔三薄板的结构，另一方面采用带有倾斜角的结构设计，提高了倾斜梁组在柔性变形过程中的刚度。③导向梁组采用了一隔腔二薄板的结构，在驱动力经输出杆输出时，在刚-柔-刚-柔-刚的结构设计上能够保证驱动力沿X轴方向传递。④该微动平台依靠材料(本发明采用铝7075进行线切割加工)的变形来进行运动的传递，避免了传统刚性机构中零部件之间的摩擦和间隙等，可进一步提高了运动平台的运动精度。⑤通过改变倾斜梁组的倾斜方向可以得到四种不同的微动平台(未包含导向梁组)，两组输入方向与输出方向相反，两组输入方向与输出方向相同。⑥微动平台在构型上采用了紧凑的结构，并且在同一平面上实现了两级缩小，避免了常见的多级缩小机构在空间上的装配。
图I是本发明微动平台的结构图。图IA是图I的分解图。
图2是本发明未装配直线电机的微动平台的等轴结构图。图2A是本发明未装配直线电机的微动平台的正视结构图。图3A是输入输出方向相同的柔性凸凸微动平台运动变形不意图。图3B是输入输出方向相同的柔性凹凹微动平台运动变形示意图。图3C是输入输出方向相反的柔性凸凹微动平台运动变形示意图。图3D是输入输出方向相反的柔性凹凸微动平台运动变形示意图。图4A是未加载导向梁组时的输出板运动示意图。图4B是未加载导向梁组时在Y轴方向上加载作用力下的输出板运动示意图。图4C是加载导向梁组时的输出板运动示意图。
I.基座101.第一支撑臂102.第二支撑臂103.底板103A.B通孔104.第一侧臂105.第一侧臂106.第二 L形腔107.第一 L形腔2.第一倾斜梁组件21.第一'薄板22.第二薄板23.第三薄板24.内隔腔25.外隔腔26.侧边平行线3.第二倾斜梁组A31.第四薄板32.第五薄板33.第六薄板34.内隔腔35.外隔腔36.底边平行线4.第三倾斜梁组件5.第四倾斜梁组A6.第五倾斜梁组件7.第六倾斜梁组件8.第一过渡板9.输入板9A.螺钉9B. A通孔10.第二过渡板11.输出板11A.螺纹孔12.第一导向梁组件121.外薄板122.内薄板123.隔腔13.第二导向梁组件14.输出杆14A.螺纹段15.直线电机15A.螺钉16.电机输出轴
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图I、图IA所示，本发明是一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，该微动平台为一体化加工结构件，该微动平台上设有一个基座I ;六个倾斜梁组件(第一倾斜梁组件2、第二倾斜梁组件3、第三倾斜梁组件4、第四倾斜梁组件5、第五倾斜梁组件6、第六倾斜梁组件7)；两个过渡板(第一过渡板8、第二过渡板10)；两个导向梁组件(第一导向梁组件12、第二导向梁组件13)；—个输入板9、一个输出板11、一个输出杆14 ；基座I的第一支撑臂101与第二支撑臂102之间设有第一导向梁组件12、输出板11和第二导向梁组件13 ；基座I的底板103与输出板11之间，且在横向对称中心线(即电机输出轴的中心线，也是沿X轴方向的轴线)的一侧设有第一倾斜梁组件2、第一过渡板8和第五倾斜梁组件6;横向对称中心线的另一侧设有第四倾斜梁组件5、第二过渡板10和第六倾斜梁组件7 ；第一过渡板8与第二过渡板10之间设有第二倾斜梁组件3、输入板9和第三倾斜梁组件4 ；输出板11上螺纹连接有输出杆14,即输出杆14的螺纹段14A安装在输出板11的螺纹孔IlA中；直线电机15的壳体通过螺钉15A安装在基座I的底板103上，且直线电机15的输出轴16穿过底板103上的B通孔103A后置于输入板9的A通孔9B内，通过螺钉9A使得直线电机15的输出轴16与输入板9安装在一起。本发明微动平台由直线电机15提供驱动力，输入板9作为驱动力的承载端。本发明微动平台的加工材料为铝7075。(一)基座I参见图I、图1A、图2、图2A所示，基座I为U形形状。基座I上设有第一支撑臂101、第二支撑臂102、底板103、第一侧臂105、第二侧臂104 ;第一侧臂105内侧与第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6和第一导向梁组件12之间是第一 L形腔107 ;第二侧臂104内侧与第四倾斜梁组件5、第二过渡板10、第六倾斜梁组件7和第二导向梁组件13之间是第二 L形腔106。第一 L形腔107和第二 L形腔106能够保证倾斜梁组件在此空间中进行变形运动。在本发明中，基座I 一方面用于安装直线电机15，另一方面也是整个微动平台的支撑。(二)第一倾斜梁组件2参见图I、图2、图2A所示，第一倾斜梁组件2为二隔腔三薄板结构。第一倾斜梁组件2包括有第一薄板21、第二薄板22和第三薄板23，第一薄板21与第二薄板22之间设有内隔腔24,第二薄板22与第三薄板23之间设有外隔腔25。为了实现薄板在受力条件下的柔性变形，第一倾斜梁组件2中的薄板加工角(简称为第一成形角)记为α，基座I的侧边边框平行线(即侧边平行线)26与第一倾斜梁组件2中的薄板之间的夹角(简称为第一倾斜角)记为β，由于本发明设计的微动平台为多边变形结构，因此，α十β = 90度。一般弟一成形角α = 80度 85度。在本发明中，第四倾斜梁组件5的结构与第一倾斜梁组件2的结构是以横向对称中心线对称相同的，故省略对第四倾斜梁组件5的结构说明。(三)第二倾斜梁组件3参见图I、图2、图2Α所示，第二倾斜梁组件3为二隔腔三薄板结构。第二倾斜梁组件3包括有第四薄板31、第五薄板32和第六薄板33，第四薄板31与第五薄板32之间设有内隔腔34,第五薄板32与第六薄板33之间设有外隔腔35。为了实现薄板在受力条件下的柔性变形，第二倾斜梁组件3中的薄板加工角(简称为第二成形角)记为Θ，基座I的底边边框平行线(即底边平行线)36与第二倾斜梁组件3中的薄板之间的夹角(简称为第二倾斜角)记为Y，由于本发明设计的微动平台为多边变形结构，因此，Θ + y =90度，且第二成形角Θ等于第一成形角α，第一倾斜角β等于第二倾斜角Y。一般第二成形角Θ =80度 85度。在本发明中，第三倾斜梁组件4的结构与第二倾斜梁组件3的结构是以横向对称中心线对称相同的，故省略对第三倾斜梁组件4的结构说明。在本发明中，由于本发明设计的微动平台在同一平面内为多边变形结构，因此，第五倾斜梁组件6的结构与第一倾斜梁组件2的结构是以纵向对称中心线对称相同的，故省略对第五倾斜梁组件6的结构说明。第六倾斜梁组件7的结构与第四倾斜梁组件5的结构是以纵向对称中心线对称相同的，故省略对第六倾斜梁组件7的结构说明。(四)第一导向梁组件12第一导向梁组件12与第二导向梁组件13的结构相同。第一导向梁组件12包括有外薄板121、内薄板122，外薄板121与内薄板122之间是隔腔123。第一导向梁组件12设置在基座I的第一支撑臂101与输出板11 一端之间，第二导向梁组件13设置在基座I的第二支撑臂102与输出板11另一端之间。在本发明中，对于未添加导向梁组件的微动平台如图4A、4B所示，当输出板11未承受Y轴方向上的外力时，来自直线电机15的驱动力Fx作用于输入板9上，通过倾斜梁组件间的变形将产生两个相同的分布力Fx'施加在输出板11上,使其仅产生沿X轴方向的位移运动量δ ;当输出板11承受沿Y轴正方向的外力FyW，输出板11除了产生由驱动力Fx引起的沿X轴方向的位移运动量δ外，还产生由外力FY$起了沿Y轴正方向的微小位移运动量Λ，这一位移量Λ将直接影响到微动平台的定位精度。同理，当输出板11承受沿Y轴负方向的外力Fy时，会产生沿Y轴负方向的微小位移运动量。当在输出板11的两端添加导向梁组件时如图4C所示，由于第一导向梁组件12与第二导向梁组件13沿X轴(即横向对称中心线)对称分布，因此不会影响到输出板11沿X轴方向的运动。当输出板11承受沿Y轴正方向的外力Fy时，输出板11会有沿Y轴正方向的运动趋势，但是第一导向梁组件12会对其产生沿Y轴负方向的拉力阻碍其沿Y轴正方向运动，而第二导向梁组件13会对输出板11产生沿Y轴负方向的斥力进一步阻碍其沿Y轴正方向运动，因此避免了输出板11在外力作用力Fy下沿Y轴正方向的运动，进而起到了对输出板11沿X轴方向的导向作用。同理，当输出板11承受沿Y轴负方向的外力Fy时，导向梁组件也会对输出板11起到沿X轴方向的导向作用。在本发明中，第一导向梁组件12采用一隔腔二薄板的结构，在驱动力经输出杆输出时，在刚-柔-刚-柔-刚的结构设计上能够保证驱动力沿X轴方向传递。(五)输入板9输入板9上设有A通孔9Β,该A通孔9Β用于放置直线电机15的输出轴16,且通过螺钉9Α实现输入板9与直线电机15的输出轴16的连接。在本发明中，输入板9作为承载驱动力的载体，在驱动力的作用下，输入板9引导六个倾斜梁组件实现柔性变形。(六)输出板11输出板11上设有螺纹孔11Α，该螺纹孔IlA用于安装输出杆14的螺纹段14Α。输出板11的两端分别是第一导向梁组件12和第二导向梁组件13，由于导向梁组件为一隔腔一薄板结构，在驱动力的作用下，为了保证输出力沿X轴方向运动，在微动平台结构设计上，输出板11为刚性，导向梁组件为柔性，基底为刚性，故得到了微动平台的输出为刚-柔-刚-柔-刚的结构。
本发明设计的微动平台，横向对称中心线与纵向对称中心线的交点为坐标原点0，横向对称中心线为X轴方向，纵向对称中心线为Y轴方向建立XYZ平面坐标系。因此，直线电机15的前进方向记为XYZ坐标系的X轴正方向，在直线电机的驱动力的作用下，六个倾斜梁的倾向方向存在有四种变化结构，其中(—)柔性凸凸微动平台运动变形结构参见图3A所示，当来自直线电机15的驱动力作用于输入板9时，输入板9可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板9的运动引起了第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组4的变形,进一步引起第一过渡板8在沿y轴正方向运动的同时也沿X轴正方向有一定量的微小运动；而第二过渡板10在沿y轴负方向运动的同时也有沿X轴正方向一定量的微小运动，此时基座I、第一倾斜梁组2、第一过渡板8、第二倾斜梁组3、输入板9、第三倾斜梁组4、第二过渡板10和第四倾斜梁组5构成了第一级减速器；第一过渡板8和第二过渡板10沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组6和第六倾斜梁组7的变形，进一步实现输出板11沿X轴正方向运动，此时基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I构成了第二级减速器，因此输出板11经两个减速器实现了运动的两级缩小。其中输出板11沿X轴运动的正方向由第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴的正运动方向决定，由于本发明微动平台的对称性设计，输出板11沿X轴的运动量为第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴运动量的两倍。(二)柔性凹凹微动平台运动变形结构参见图3B所示，当来自直线电机15的驱动力作用于输入板9时，输入板9可沿x轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板9的运动引起了第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组4的变形,进一步引起第一过渡板8在沿y轴负方向运动的同时也沿X轴正方向有一定量的微小运动；而第二过渡板10在沿y轴正方向运动的同时也有沿X轴正方向一定量的微小运动，此时基座I、第一倾斜梁组2、第一过渡板8、第二倾斜梁组3、输入板9、第三倾斜梁组4、第二过渡板10和第四倾斜梁组5构成了第一级减速器；第一过渡板8和第二过渡板10沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组6和第六倾斜梁组7的变形，进一步实现输出板11沿X轴正方向运动，此时基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I构成了第二级减速器，因此输出板11经两个减速器实现了运动的两级缩小。其中输出板11沿X轴运动的正方向由第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴的正运动方向决定，由于本发明微动平台的对称性设计，输出板11沿X轴的运动量为第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴运动量的两倍。(三)柔性凸凹微动平台运动变形结构参见图3C所示，当来自直线电机15的驱动力作用于输入板9时，输入板9可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板9的运动引起了第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组4的变形,进一步引起第一过渡板8在沿y轴负方向运动的同时也沿X轴负方向有一定量的微小运动；而第二过渡板10在沿y轴正方向运动的同时也有沿X轴负方向一定量的微小运动，此时基座I、第一倾斜梁组2、第一过渡板8、第二倾斜梁组3、输入板9、第三倾斜梁组4、第二过渡板10和第四倾斜梁组5构成了第一级减速器；第一过渡板8和第二过渡板10沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组6和第六倾斜梁组7的变形，进一步实现输出板11沿X轴负方向运动，此时基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I构成了第二级减速器，因此输出板11经两个减速器实现了运动的两级缩小。其中输出板11沿X轴运动的负方向由第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴的负运动方向决定，由于本发明微动平台的对称性设计，输出板11沿X轴的运动量为第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴运动量的两倍。(四)柔性凹凸微动平台运动变形结构参见图3D所示，当来自直线电机15的驱动力作用于输入板9时，输入板9可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板9的运动引起了第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组4的变形,进一步引起第一过渡板8在沿y轴正方向运动的同时也沿X轴负方向有一定量的微小运动；而第二过渡板10在沿y轴负方向运动的同时也有沿X轴负方向一定量的微小运动，此时基座I、第一倾斜梁组2、第一过渡板8、第二倾斜梁组3、输入板9、第三倾斜梁组4、第二过渡板10和第四倾斜梁组5构成了第一级减速器；第一过渡板8和第二过渡板10沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组6和第六倾斜梁组7的变形，进一步实现输出板11沿X轴负方向运动，此时基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I构成了第二级减速器，因此输出板11经两个减速器实现了运动的两级缩小。其中输出板11沿X轴运动的负方向由第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴的负运动方向决定，由于本发明微动平台的对称性设计，输出板11沿X轴的运动量为第一过渡板8和第二过渡板10沿X轴运动量的两倍。通过以上四种倾斜梁变形比较可发现由于本发明微动平台的对称性设计，倾斜梁组件可以分为两种倾斜梁组件(2、5、6和7)与倾斜梁组件(3和4)，每组倾斜梁倾斜的方向有两种，只要改变一次倾斜梁组的方向即可以改变输出板11的方向，而改变两次倾斜梁组的方向不改变输出板11的方向。例如图3B与图3A相比较，两组倾斜梁组的倾斜方向都发生了改变，因此图3B机构中输出板11的方向与图3A机构中输出板11的方向相同；图3C与图3A相比较，只改变了倾斜梁组(3和4)的倾斜方向，因此图3C机构中输出板11的方向与图3A机构中输出板11的方向相反；图3D与图3A相比较，只改变了倾斜梁组(2、
5、6和7)的倾斜方向，因此图3D机构中输出板11的方向与图3A机构中输出板11的方向相反。本发明微动平台的对称性设计是指(A)第一倾斜梁组件2以横向对称中心线与第四倾斜梁组件5对称；(B)第五倾斜梁组件6以横向对称中心线与第六倾斜梁组件7对称；(C)第二倾斜梁组件3以横向对称中心线与第三倾斜梁组件4对称；(D)第一倾斜梁组件2以纵向中心线与第五倾斜梁组件6对称；(E)第四倾斜梁组件5以纵向中心线与第六倾斜梁组件7对称。本发明微动平台的工作原理来自直线电机15的驱动力作用在输入板9上，引起第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组件4发生变形；在第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组件4的变形下，第一过渡板8和第二过渡板10发生平移，从而引起第一倾斜梁组件2和第四倾斜梁组件5发生变形；在第一过渡板8和第二过渡板10的平移条件下，引起第五倾斜梁组件6和第六倾斜梁组件7发生变形，使得输出板11产生平移，进而使得输出杆14平移作用到物体上。在输入板9承载力的作用下，基座I、第一倾斜梁组件2、第二倾斜梁组件3、输入板9、第三倾斜梁组件4、第四倾斜梁组件5和基座I形成一个闭环的第一级减速器；基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I形成一个闭环的第二级减速器。其中，第一导向梁组件12和第二导向梁组件13作为Y轴加载力的导向限制，能够保证输出板11 (或者输出杆14)的运动沿X轴方向运动。
权利要求
1.一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于该微动平台上设有基座(I)、第一倾斜梁组件(2)、第二倾斜梁组件(3)、第三倾斜梁组件(4)、第四倾斜梁组件(5)、第五倾斜梁组件(6)、第六倾斜梁组件(7)、第一过渡板(8)、第二过渡板 (10)、第一导向梁组件(12)、第二导向梁组件(13)、输入板(9)、输出板(11)、输出杆(14)；第四倾斜梁组件(5)的结构与第一倾斜梁组件(2)的结构是以横向对称中心线对称相同的；第五倾斜梁组件(6)的结构与第一倾斜梁组件(2)的结构是以纵向对称中心线对称相同的；第六倾斜梁组件(7)的结构与第四倾斜梁组件(5)的结构是以纵向对称中心线对称相同的；第三倾斜梁组件(4)的结构与第二倾斜梁组件(3)的结构是以横向对称中心线对称相同的；第一导向梁组件(12)与第二导向梁组件(13)的结构相同；第一过渡板(8)的结构与第二过渡板(10)的结构是以横向对称中心线对称相同的；基座(I)的第一支撑臂(101)与第二支撑臂(102)之间设有第一导向梁组件(12)、输出板(11)和第二导向梁组件(13)；基座(I)的底板(103)与输出板(11)之间，且在横向对称中心线的一侧设有第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)和第五倾斜梁组件(6);横向对称中心线的另一侧设有第四倾斜梁组件(5)、第二过渡板(10)和第六倾斜梁组件(7);第一过渡板(8)与第二过渡板(10)之间设有第二倾斜梁组件(3)、输入板(9)和第三倾斜梁组件(4);输入板(9)上设有A通孔(9B)，该A通孔(9B)用于放置直线电机(15)的输出轴(16)，且通过螺钉(9A)实现输入板(9)与直线电机(15)的输出轴(16)的连接；输出杆(14)的螺纹段(14A)安装在输出板(11)的螺纹孔(IlA)中；直线电机(15 )的壳体通过螺钉(15A)安装在基座(I)的底板(103 )上，且直线电机(15 ) 的输出轴(16)穿过底板(103)上的B通孔(103A)后置于输入板(9)的A通孔(9B)内，通过螺钉(9A)使得直线电机(15)的输出轴(16)与输入板(9)安装在一起。
2.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于该微动平台的加工材料为铝7075。
3.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台， 其特征在于基座(I)上设有第一支撑臂(101)、第二支撑臂(102)、底板(103)、第一侧臂 (105)、第二侧臂(104);第一侧臂(105)内侧与第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)、第五倾斜梁组件(6)和第一导向梁组件(12)之间是第一 L形腔(107);第二侧臂(104)内侧与第四倾斜梁组件(5)、第二过渡板(10)、第六倾斜梁组件(7)和第二导向梁组件(13)之间是第二 L形腔(106)。
4.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于第一倾斜梁组件(2)为二隔腔三薄板结构；第一倾斜梁组件(2)包括有第一薄板(21)、第二薄板(22)和第三薄板(23)，第一薄板(21)与第二薄板(22)之间设有内隔腔 (24)，第二薄板(22)与第三薄板(23)之间设有外隔腔(25)；为了实现薄板在受力条件下的柔性变形，第一倾斜梁组件(2)中的第一成形角α =80度 85度，第一倾斜角为β，且α + β = 90度。
5.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于第二倾斜梁组件(3)为二隔腔三薄板结构；第二倾斜梁组件(3)包括有第四薄板(31)、第五薄板(32)和第六薄板(33)，第四薄板(31)与第五薄板(32)之间设有内隔腔 (34)，第五薄板(32)与第六薄板(33)之间设有外隔腔(35)；为了实现薄板在受力条件下的柔性变形，第二倾斜梁组件(3)中的第二成形角Θ =80 度 85度，第二倾斜角为Y，且θ + γ =90度；第二成形角Θ等于第一成形角a ’第一倾斜角β等于第二倾斜角Y。
6.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于第一导向梁组件(12 )包括有外薄板(121)、内薄板(122 )，外薄板(121)与内薄板 (122)之间是隔腔(123)；第一导向梁组件(12 )设置在基座(I)的第一支撑臂(101)与输出板(11) 一端之间，第二导向梁组件(13)设置在基座(I)的第二支撑臂(102)与输出板(11)另一端之间。
7.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于输出板(11)的两端分别是第一导向梁组件(12)和第二导向梁组件(13)，由于导向梁组件为一隔腔一薄板结构，在驱动力的作用下，为了保证输出力沿X轴方向运动，在微动平台结构设计上，输出板(11)为刚性，导向梁组件为柔性，基底为刚性，故得到了微动平台的输出为刚_柔-刚-柔-刚的结构。
8.根据权利要求I所述的基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，其特征在于在直线电机的驱动力的作用下，六个倾斜梁的倾向方向存在有四种变化结构；(一)柔性凸凸微动平台运动变形结构当来自直线电机(15)的驱动力作用于输入板(9)时，输入板(9)可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板(9)的运动引起了第二倾斜梁组件(3)和第三倾斜梁组(4) 的变形，进一步引起第一过渡板(8)在沿y轴正方向运动的同时也沿X轴正方向有一定量的微小运动；而第二过渡板(10)在沿y轴负方向运动的同时也有沿X轴正方向一定量的微小运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组(2 )、第一过渡板(8 )、第二倾斜梁组(3 )、输入板(9 )、 第三倾斜梁组(4)、第二过渡板(10)和第四倾斜梁组(5)构成了第一级减速器；第一过渡板 (8)和第二过渡板(10)沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组(6)和第六倾斜梁组(7)的变形，进一步实现输出板(11)沿X轴正方向运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)、第五倾斜梁组件(6)、输出板(11)、第六倾斜梁组件(7)、第二过渡板(10)、第四倾斜梁组件(5)和基座(I)构成了第二级减速器，因此输出板(11)经两个减速器实现了运动的两级缩小；(二)柔性凹凹微动平台运动变形结构当来自直线电机(15)的驱动力作用于输入板(9)时，输入板(9)可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板(9)的运动引起了第二倾斜梁组件(3)和第三倾斜梁组(4) 的变形，进一步引起第一过渡板(8)在沿y轴负方向运动的同时也沿X轴正方向有一定量的微小运动；而第二过渡板(10)在沿y轴正方向运动的同时也有沿X轴正方向一定量的微小运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组(2 )、第一过渡板(8 )、第二倾斜梁组(3 )、输入板(9 )、 第三倾斜梁组(4)、第二过渡板(10)和第四倾斜梁组(5)构成了第一级减速器；第一过渡板(8)和第二过渡板(10)沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组(6)和第六倾斜梁组(7)的变形，进一步实现输出板(11)沿X轴正方向运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)、第五倾斜梁组件(6)、输出板(11)、第六倾斜梁组件(7)、第二过渡板(10)、第四倾斜梁组件(5)和基座(I)构成了第二级减速器，因此输出板(11)经两个减速器实现了运动的两级缩小；(三)柔性凸凹微动平台运动变形结构当来自直线电机15的驱动力作用于输入板9时，输入板9可沿X轴正方向作直线运动； 在驱动力的作用下输入板9的运动引起了第二倾斜梁组件3和第三倾斜梁组4的变形，进一步引起第一过渡板8在沿y轴负方向运动的同时也沿X轴负方向有一定量的微小运动； 而第二过渡板10在沿y轴正方向运动的同时也有沿X轴负方向一定量的微小运动，此时基座I、第一倾斜梁组2、第一过渡板8、第二倾斜梁组3、输入板9、第三倾斜梁组4、第二过渡板10和第四倾斜梁组5构成了第一级减速器；第一过渡板8和第二过渡板10沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组6和第六倾斜梁组7的变形，进一步实现输出板11沿X轴负方向运动，此时基座I、第一倾斜梁组件2、第一过渡板8、第五倾斜梁组件6、输出板11、第六倾斜梁组件7、第二过渡板10、第四倾斜梁组件5和基座I构成了第二级减速器，因此输出板 11经两个减速器实现了运动的两级缩小；(四)柔性凹凸微动平台运动变形结构当来自直线电机(15)的驱动力作用于输入板(9)时，输入板(9)可沿X轴正方向作直线运动；在驱动力的作用下输入板(9)的运动引起了第二倾斜梁组件(3)和第三倾斜梁组(4) 的变形，进一步引起第一过渡板(8)在沿y轴正方向运动的同时也沿X轴负方向有一定量的微小运动；而第二过渡板(10)在沿y轴负方向运动的同时也有沿X轴负方向一定量的微小运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组(2 )、第一过渡板(8 )、第二倾斜梁组(3 )、输入板(9 )、 第三倾斜梁组(4)、第二过渡板(10)和第四倾斜梁组(5)构成了第一级减速器；第一过渡板(8)和第二过渡板(10)沿两个方向的运动引起了第五倾斜梁组(6)和第六倾斜梁组(7)的变形，进一步实现输出板(11)沿X轴负方向运动，此时基座(I)、第一倾斜梁组件(2)、第一过渡板(8)、第五倾斜梁组件(6)、输出板(11)、第六倾斜梁组件(7)、第二过渡板(10)、第四倾斜梁组件(5)和基座(I)构成了第二级减速器，因此输出板(11)经两个减速器实现了运动的两级缩小。
全文摘要
本发明公开了一种基于柔性倾斜梁的用于提高直线电机分辨率的微动平台，该微动平台上设有基座、六个倾斜梁组件、两个过渡板、一个输入板、一个输出板、两个导向梁组件。在微动平台的输出板上安装有输出杆，直线电机的输出轴与微动平台的输入板连接，从而实现将驱动力作用到微动平台上。本发明微动平台在同一平面内具有两级减速器的功能，利用运动缩小的原理来提高直线电机的分辨率，克服了直线电机分辨率较低的缺点。
文档编号G12B5/00GK102930904SQ201210382559
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者孙先涛, 陈伟海, 周锐, 张建斌 申请人:北京航空航天大学