專利名稱：具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺。
背景技術(shù)：
近些年來，由于微納米器件和超精密制造領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，迫切需要一種用于微納米及擾振動主動控制振動平臺，用于解決微納米器件和超精密加工過程中的微振動問題。目前由于振動設(shè)備主要由液壓、氣動、電磁以及機械振動方式來實現(xiàn)。這些振動設(shè)備 由于是由液壓、氣動和機械類振動行為來實現(xiàn)，其振動驅(qū)動實現(xiàn)組成環(huán)節(jié)多，多部件傳動間隙，每個部件的尺寸精度誤差等，使這類部件在驅(qū)動的實現(xiàn)上不可能實現(xiàn)微納米振幅的振動性能,因此不可能制成微納米級振動主動控制振動平臺。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號200520036395，授權(quán)
公開日2007年01月24日公開了“一種振動臺”，該技術(shù)包括振動電機、振動臺面和彈簧，振動電機安裝于臺架與振動臺面之間，彈簧架設(shè)于臺架與振動臺面之間，振動臺面上開設(shè)多個螺絲定位孔等。這種振動臺對于非精密大振幅位移振動簡單可靠，但對于微納米精度振動不可能實現(xiàn)，因為其振源，即振動電機自身不可能產(chǎn)生微納米及振動。所以，基于傳統(tǒng)方式的振動設(shè)備要實現(xiàn)微納米量級振動設(shè)備難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，基于智能材料伸縮變形產(chǎn)生直接位移驅(qū)動振動，是一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和驅(qū)動效率高、振幅精確可控，可實現(xiàn)由納米到若干毫米的寬幅，以及可實現(xiàn)從準靜態(tài)到高頻的寬頻并具有大負載振動能力的平臺。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的?！N具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，包括支撐架，設(shè)置于支撐架內(nèi)的至少一個驅(qū)動機構(gòu)及與之相連接的振動平臺；所述驅(qū)動機構(gòu)包括由下而上依次設(shè)置的驅(qū)動器、驅(qū)動器輸出桿和驅(qū)動位移放大機構(gòu)以及分別設(shè)置于驅(qū)動位移放大機構(gòu)和驅(qū)動器輸出桿上的放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿。所述驅(qū)動器和驅(qū)動器輸出桿之間設(shè)有壓電式拉壓力傳感器。所述振動平臺包括驅(qū)動平臺、彈性支撐體、驅(qū)動平臺導向柱、電磁控卡緊釋放機構(gòu)，其中，驅(qū)動平臺導向柱、彈性支撐體和驅(qū)動平臺依次設(shè)置于支撐架的頂部，驅(qū)動平臺分別與驅(qū)動平臺導向柱、放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿相連接，電磁控卡緊釋放機構(gòu)位于驅(qū)動平臺內(nèi)并卡接于放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿外部。所述電磁控卡緊釋放機構(gòu)包括鏡像設(shè)置的偶數(shù)個梯形空穴及其對應的電磁線圈和鋼球，其中，偶數(shù)個梯形空穴對稱設(shè)置于位于驅(qū)動平臺內(nèi)且位于放大位移輸出端桿或直接位移輸出端桿的外圍，電磁線圈對應設(shè)置于梯形空穴的上底邊或下底邊以及兩空穴之間，鋼球活動設(shè)置于梯形空穴內(nèi)。所述梯形空穴的上底邊的寬度大于鋼球和輸出桿直徑之和，下底邊的寬度小于鋼球和輸出桿直徑之和。所述驅(qū)動位移放大機構(gòu)為機械放大結(jié)構(gòu)或液壓放大結(jié)構(gòu)，其中所述機械放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿和驅(qū)動器輸出桿鉸接的杠桿或杠桿組，所述杠桿或杠桿組的輸入力臂小于輸出力臂；所述液壓放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿和驅(qū)動器輸出桿鉸接的液壓泵，所 述液壓泵的輸入壓強面積大于輸出壓強面積。對于本發(fā)明所提出的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，還可以是這樣若干具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺組合使用，而驅(qū)動一個多支點、多自由度運動的大平臺。包括大平臺，十字鉸鏈，大直線軸承，總體框架，球形鉸鏈以及球形鉸鏈頂桿。其中若干個放大位移輸出端桿或直接位移輸出端桿穿過總體框架與對應的十字鉸鏈固連。十字鉸鏈再與大平臺固連。放大位移輸出端桿或直接位移輸出端桿和總體框架之間可安裝大直線軸承。大平臺下端面中心位置安裝球形鉸鏈，球形鉸鏈頂桿穿過安裝在總體框架上的大直線軸承。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本力控型電磁永磁復合激勵振動臺具有以下優(yōu)點I.實現(xiàn)了微納米和毫米以上級的組合振動振動臺；容易實現(xiàn)大振幅驅(qū)動；也容易實現(xiàn)微小振幅；振動位移精確可控。2、振動運動驅(qū)動均為直接驅(qū)動，機構(gòu)簡單，剛性好，可靠性好；3、驅(qū)動振動頻率可完全由外部施加電信號控制，可實現(xiàn)準靜態(tài)到高頻的寬頻振動；4、具有結(jié)構(gòu)傳感環(huán)節(jié)，振動驅(qū)動過程中施加在被測件上的驅(qū)動力可以被實施監(jiān)測到，從而方便實現(xiàn)振動測試的閉環(huán)控制。5、方便組合實現(xiàn)多驅(qū)動組合多自由度驅(qū)動大振動臺。該多自由度驅(qū)動可用于控制平臺擺角方位。本發(fā)明的機構(gòu)可用于研制要求產(chǎn)生寬頻、寬幅、高精度振動驅(qū)動振動測試儀器和設(shè)備，廣泛應用于各種振動測試或平臺擺角方位控制領(lǐng)域。


圖I具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖2設(shè)有力傳感器具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3電磁卡緊釋放裝置示意圖；其中(a)和(b)分別為具有不同安裝形式的梯形空穴的裝置示意圖；圖4杠桿位移放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖5液壓位移放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖6驅(qū)動放大一體化驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖7驅(qū)動放大一體化驅(qū)動結(jié)構(gòu)作為驅(qū)動器安裝在具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺中的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖8三個具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺組合驅(qū)動三自由度大平臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖9球形鉸鏈連接結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；圖10十字鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例包括支撐架I、設(shè)置于支撐架I內(nèi)的一個驅(qū)動機構(gòu)2及與 之相連接的振動平臺3。所述的驅(qū)動機構(gòu)2為由下而上依次設(shè)置的驅(qū)動器4、驅(qū)動器輸出桿5和驅(qū)動位移放大機構(gòu)6以及分別設(shè)置于驅(qū)動位移放大機構(gòu)6和驅(qū)動器輸出桿5上的放大位移輸出端桿7和直接位移輸出端桿8。如圖2所示，所述的驅(qū)動器4和驅(qū)動器輸出桿5之間設(shè)有壓電式拉壓力傳感器9 ；所述的振動平臺3包括驅(qū)動平臺10、彈性支撐體11、驅(qū)動平臺導向柱12、電磁控卡緊釋放機構(gòu)13，其中驅(qū)動平臺導向柱12、彈性支撐體11和驅(qū)動平臺10依次設(shè)置于支撐架I的頂部，驅(qū)動平臺10分別與驅(qū)動平臺導向柱12、放大位移輸出端桿7和直接位移輸出端桿8相連接，電磁控卡緊釋放機構(gòu)13位于驅(qū)動平臺10內(nèi)并卡接于放大位移輸出端桿7和直接位移輸出端桿8外部。如圖3 (a)和圖3 (b)所示，所述的電磁控卡緊釋放機構(gòu)13包括鏡像設(shè)置的偶數(shù)個梯形空穴14及其對應的電磁線圈15和鋼球16，其中偶數(shù)個梯形空穴14對稱設(shè)置于位于驅(qū)動平臺10內(nèi)且位于放大位移輸出端桿7或直接位移輸出端桿8的外圍，電磁線圈15對應設(shè)置于梯形空穴14的上底邊或下底邊，鋼球16活動設(shè)置于梯形空穴14內(nèi)。所述的梯形空穴14的上底邊的寬度大于鋼球16的直徑，下底邊的寬度小于鋼球16的直徑。所述的驅(qū)動位移放大機構(gòu)6為機械放大結(jié)構(gòu)或液壓放大結(jié)構(gòu)，其中如圖4所示，機械放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿7和驅(qū)動器輸出桿5鉸接的杠桿或杠桿組17，該杠桿組17的輸入力臂小于輸出力臂。如圖5所示，液壓放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿7和驅(qū)動器輸出桿5鉸接的液壓泵18，該液壓泵18的輸入壓強面積大于輸出壓強面積。本實施例的工作過程為本實施例的振動臺，工作時驅(qū)動機構(gòu)2由外部激勵作用，使其中的驅(qū)動器4受到激勵，驅(qū)動器4伸長，同時將該伸長位移由驅(qū)動器輸出桿5輸出，同時傳遞到驅(qū)動位移放大機構(gòu)6進而有放大機構(gòu)作用將該位移放大后傳遞到放大位移輸出端桿7上，在此過程中驅(qū)動器輸出桿5的輸出位移還直接傳遞到剛性的直接位移輸出端桿8上。之后，放大位移輸出端桿7和直接位移輸出端桿8穿過振動平臺3中的電磁控卡緊釋放機構(gòu)13，如果只讓與放大位移輸出端桿7接觸的電磁控卡緊釋放機構(gòu)13工作，它將會把放大位移輸出端桿7卡死，此時相當于放大位移輸出端桿7與振動平臺3固連，那么平臺3將會產(chǎn)生由驅(qū)動器4施加并經(jīng)驅(qū)動位移放大機構(gòu)6放大的位移。此時，如果撤銷對驅(qū)動器4的激勵，驅(qū)動器4將收縮復位，該收縮驅(qū)動位移將沿之前同樣的位移傳遞路徑，將剛才抬高的振動平臺3回拉，同時振動平臺3自重也將促進該回拉過程。這樣，對于驅(qū)動機構(gòu)2施加和撤銷外部激勵的過程，振動平臺3實現(xiàn)了一次抬升和下拉復位的過程。重復施加激勵，那么振動平臺3將產(chǎn)生多次往復的上下振動動作，并且該振動是經(jīng)位移放大的較大振幅振動。同理，如果只讓與直接位移輸出端桿8接觸的電磁控卡緊釋放機構(gòu)13工作，它將會把直接位移輸出端桿8卡死，而產(chǎn)生驅(qū)動機構(gòu)2實施的直接位移驅(qū)動振動過程，此種情況下，雖然振動位移沒有被放大，但是可以產(chǎn)生微小精密位移振幅振動。對于電磁控卡緊釋放機構(gòu)13對輸出桿卡死和釋放過程的實現(xiàn)是經(jīng)過如下所述過程實現(xiàn)的如圖3 Ca)圖示，當對上、下電磁線圈15產(chǎn)生磁場吸附鋼球16到上、下梯形空穴 的寬邊端，此時位移輸出端桿上下移動時，不會受約束，而處于釋放狀態(tài)。當對中間電磁線圈15產(chǎn)生磁場吸附鋼球16到上、下梯形空穴的窄邊端，此時位移輸出端桿上下移動時，位移輸出端桿將受到空穴14內(nèi)壁擠壓鋼球16約束，而且上下同時被約束，從而將移輸出端桿卡死。同理，對于如圖3 (b)圖示，通過電磁作用，將鋼球16吸附到上、下梯形空穴的窄邊端，而形成位移輸出端桿卡緊狀態(tài)；將鋼球16吸附到上、下梯形空穴的寬邊端，而形成位移輸出端桿釋放狀態(tài)。對于在驅(qū)動器4和驅(qū)動器輸出桿5之間設(shè)有壓電式拉壓力傳感器9的情形，伴隨驅(qū)動器輸出桿5的應變，都有應力的變化，該應力會被壓電式拉壓力傳感器9感知，進而振動臺3振動過程中產(chǎn)生的推動力可以被實施感知。至此，本實施例所述的振動臺可以實現(xiàn)振動過程，并且可以實現(xiàn)大振幅和微振幅切換的振動過程，以及振動過程中所產(chǎn)生的激振力可以被感知。實施例2如圖6所示，所述的驅(qū)動機構(gòu)2為驅(qū)動器4、框架型體以及與之相連接的放大位移輸出端桿7和驅(qū)動器4位移輸出桿，其中驅(qū)動器4位移輸出桿水平設(shè)置于橢圓形結(jié)構(gòu)的框架型體內(nèi)且驅(qū)動器4位于驅(qū)動器4位移輸出桿的中部，放大位移輸出端桿7設(shè)置于橢圓形結(jié)構(gòu)的框架型體的頂部。所述的驅(qū)動器4位移輸出桿與框架型體相接觸的位置均設(shè)有卡環(huán)；所述的放大位移輸出端桿7和驅(qū)動器4位移輸出桿與支撐框相接觸的位置均設(shè)有直線軸承。該驅(qū)動機構(gòu)2可以作用形成如圖7所示的振動臺裝置。其對位移輸出桿5產(chǎn)生的位移是由外部激勵作用于驅(qū)動器4，驅(qū)動器4產(chǎn)生水平方向的位移，而使得橢圓形結(jié)構(gòu)的框架型體在水平方向被撐開，同時在豎直方向收縮，而帶動位移輸出桿5下降，進而帶動振動臺3向下移動。撤銷對驅(qū)動器4的激勵，驅(qū)動器4收縮復位，以及橢圓形結(jié)構(gòu)的框架型體的彈性復位，而使得橢圓形結(jié)構(gòu)的框架型體在水平方向收縮，同時在豎直方向伸展，而帶動位移輸出桿5上移，進而帶動振動臺3向上移動。重復此過程將產(chǎn)生振動臺振動。實施例3
如圖7-圖9所示，本實施例包括支撐架I、設(shè)置于支撐架I內(nèi)的一個或三個驅(qū)動機構(gòu)2及與之相連接的振動平臺3。所述的驅(qū)動機構(gòu)2由驅(qū)動器4以及與之固定連接的驅(qū)動器輸出桿5，該驅(qū)動器輸出桿5的頂端與驅(qū)動平臺4相鉸接。所述的鉸接均采用球形鉸鏈或十字鉸鏈19實現(xiàn)。工作時，實現(xiàn)的三自由度運動為三個支點處的三個具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺同時作用的振動平臺4的上下移動；以及其中一個支點不動，另外兩個同時運動的兩種 微小角度的擺動形式；從而實現(xiàn)一個往復的線運動，和兩個擺轉(zhuǎn)運動，這樣三個自由度運動
T D O
權(quán)利要求
1.一種具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，包括支撐架，設(shè)置于支撐架內(nèi)的至少一個驅(qū)動機構(gòu)及與之相連接的振動平臺； 所述驅(qū)動機構(gòu)包括由下而上依次設(shè)置的驅(qū)動器、驅(qū)動器輸出桿和驅(qū)動位移放大機構(gòu)以及分別設(shè)置于驅(qū)動位移放大機構(gòu)和驅(qū)動器輸出桿上的放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，所述驅(qū)動器和驅(qū)動器輸出桿之間設(shè)有壓電式拉壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，所述振動平臺包括驅(qū)動平臺、彈性支撐體、驅(qū)動平臺導向柱、電磁控卡緊釋放機構(gòu)，其中，驅(qū)動平臺導向柱、彈性支撐體和驅(qū)動平臺依次設(shè)置于支撐架的頂部，驅(qū)動平臺分別與驅(qū)動平臺導向柱、放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿相連接，電磁控卡緊釋放機構(gòu)位于驅(qū)動平臺內(nèi)并卡接于放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，所述電磁控卡緊釋放機構(gòu)包括鏡像設(shè)置的偶數(shù)個梯形空穴及其對應的電磁線圈和鋼球，其中，偶數(shù)個梯形空穴對稱設(shè)置于位于驅(qū)動平臺內(nèi)且位于放大位移輸出端桿或直接位移輸出端桿的外圍，電磁線圈對應設(shè)置于梯形空穴的上底邊或下底邊以及兩空穴之間，鋼球活動設(shè)置于梯形空穴內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，所述梯形空穴的上底邊的寬度大于鋼球和輸出桿直徑之和，下底邊的寬度小于鋼球和輸出桿直徑之和。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，其特征在于，所述驅(qū)動位移放大機構(gòu)為機械放大結(jié)構(gòu)或液壓放大結(jié)構(gòu)，其中 所述機械放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿和驅(qū)動器輸出桿鉸接的杠桿或杠桿組，所述杠桿或杠桿組的輸入力臂小于輸出力臂； 所述液壓放大結(jié)構(gòu)為分別與放大位移輸出端桿和驅(qū)動器輸出桿鉸接的液壓泵，所述液壓泵的輸入壓強面積大于輸出壓強面積。
全文摘要
一種精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的具有精密驅(qū)動機構(gòu)的振動平臺，包括支撐架、設(shè)置于支撐架內(nèi)的至少一個驅(qū)動機構(gòu)及與之相連接的振動平臺；所述驅(qū)動機構(gòu)包括由下而上依次設(shè)置的驅(qū)動器、驅(qū)動器輸出桿和驅(qū)動位移放大機構(gòu)以及分別設(shè)置于驅(qū)動位移放大機構(gòu)和驅(qū)動器輸出桿上的放大位移輸出端桿和直接位移輸出端桿。本發(fā)明基于智能材料伸縮變形產(chǎn)生直接位移驅(qū)動振動，是一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和驅(qū)動效率高、振幅精確可控，可實現(xiàn)尤為納米到若干毫米的寬幅，以及可實現(xiàn)從準靜態(tài)到高頻的寬頻并具有大負載振動能力的平臺。
文檔編號G01M7/02GK102721520SQ20121021739
公開日2012年10月10日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者楊斌堂 申請人:上海交通大學