[发明专利]三级微位移放大机构及其放大方法

说明书

本发明公开了一种三级微位移放大机构，包括两个非对称三级放大结构，非对称三级放大结构包括三个的非对称放大单元，分别为第一级放大单元、第二级放大单元、第三级放大单元；两个非对称三级放大机构的位置相反并重叠布置，两个相接触的输入端相连接，两个相接触的放大固定杆相连接，两个相接触的输出端相连接。本发明还公开了一种三级微位移放大机构的放大方法。本发明能够实现更大的位移放大倍数，同时有效地避免了传统轴对称方式中对放大效果无效部分占用的空间。

技术领域

本发明涉及一种微纳米技术，具体说，涉及一种三级微位移放大机构及其放大方法。

背景技术

微纳米技术(MEMS,nano technology)为微机电系统(MEMS)技术和纳米科学技术(nano science and technology，nano ST)的简称。

以磁致伸缩材料作为驱动器的精密平台可广泛应用于微纳领域，对于在一些需要较低的输出范围，如100um以下，或一些对驱动器体积没有限制的环境下，磁致伸缩驱动器可单独完成运动，不需要借助辅助设备，但在一些输出要求较大的领域和/或对驱动器体积有所限制的环境，单一的依靠磁致伸缩驱动器完成作业是不够的。此时就需要一种对驱动器输出位移进行放大的装置。

柔性铰链是1960年以后发展起来的一种机械传动和支撑机构，是一种铰杆一体化结构的新型弧形切口铰链，它属于可逆弹性结构，在力矩作用下柔性铰链产生明显的弹性角变形，能在机械结构中起到铰链的作用，具有无摩擦、无间隙、运动分辨率高的特点，可用来作为微位移放大机构的传动结构，能同时保证工作精度和输出刚度，在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用。

柔性位移放大机构的工作原理是依靠柔性铰链的弹性变形进行运动，为了避免寄生运动和温载带来的误差，机构的构型大多采用轴对称式设计，但是，此种设计存在一些问题：在放大机构体积不变的情况下，为了保证对称结构，对放大倍数有效的横向结构只有二分之一，而在保证放大倍数的情况下，整体横向结构又会扩大一倍，这样在兼顾小的体积和大的放大倍数的工况条件下，柔性位移放大机构的应用将会受到限制。

中国专利CN104900573B公开了一种对称式差动杠杆微位移放大装置，包括底座、固定在底座上的基板和与基板位于同一平面上的压电块，压电块具有一个顶压部和两个分别位于顶压部两端且以顶压部的中垂线为中心对称放置的传动部，两个传动部分别连接有一组与基板位于同一平面上的杠杆组件，且两组杠杆组件以所述顶压部的中垂线为中心对称放置，两传动部之间放置有抵顶在顶压部上的压电陶瓷驱动器。通过设置杠杆组件，利用差动杠杆放大的原理，实现位移的放大。该放大机构为轴对称，体积较大，需要将驱动器放在放大机构的内部，不适用于对驱动器体积有所限制的环境。

中国专利CN108109671A公开了一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构，包括初级菱形柔性机构、固定框和次级菱形机构，初级菱形柔性机构固定设置在固定框内，且初级菱形柔性机构的两个初级刚性输入端均通过导向机构与固定框的两个相对内侧面连接，初级菱形柔性机构的刚性输出端均通过定中机构与固定框的两外两个内侧面连接，次级柔性机构的两个次级刚性输入端分别与初级菱形柔性机构的两个初级刚性输出端固定连接，次级柔性机构的次级刚性输出端为位移输出端口。该放大机构体积较大，需要将驱动器放在放大机构内部，不适用于对驱动器体积有所限制的环境，且通过初级菱形柔性机构与次级菱形柔性机构结合后，将输出位移变为原驱动器输出位移的垂直方向。