CN102721520B - 具有精密驱动机构的振动平台 - Google Patents

Abstract

一种精密驱动技术领域的具有精密驱动机构的振动平台，包括：支撑架、设置于支撑架内的至少一个驱动机构及与之相连接的振动平台；所述驱动机构包括：由下而上依次设置的驱动器、驱动器输出杆和驱动位移放大机构以及分别设置于驱动位移放大机构和驱动器输出杆上的放大位移输出端杆和直接位移输出端杆。本发明基于智能材料伸缩变形产生直接位移驱动振动，是一种结构简单、可靠性和驱动效率高、振幅精确可控，可实现尤为纳米到若干毫米的宽幅，以及可实现从准静态到高频的宽频并具有大负载振动能力的平台。

Description

具有精密驱动机构的振动平台

本申请是申请号为201110039211.2，申请日为2011.2.17，发明名称为《精密驱动振动台》的分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种精密驱动技术领域的装置，具体是一种具有精密驱动机构的振动平台。

背景技术

近些年来，由于微纳米器件和超精密制造领域技术的发展，迫切需要一种用于微纳米及扰振动主动控制振动平台，用于解决微纳米器件和超精密加工过程中的微振动问题。目前由于振动设备主要由液压、气动、电磁以及机械振动方式来实现。这些振动设备由于是由液压、气动和机械类振动行为来实现，其振动驱动实现组成环节多，多部件传动间隙，每个部件的尺寸精度误差等，使这类部件在驱动的实现上不可能实现微纳米振幅的振动性能，因此不可能制成微纳米级振动主动控制振动平台。

经过对现有技术的检索发现，中国专利号200520036395，授权公开日2007年01月24日公开了“一种振动台”，该技术包括：振动电机、振动台面和弹簧，振动电机安装于台架与振动台面之间，弹簧架设于台架与振动台面之间，振动台面上开设多个螺丝定位孔等。这种振动台对于非精密大振幅位移振动简单可靠，但对于微纳米精度振动不可能实现，因为其振源，即振动电机自身不可能产生微纳米及振动。所以，基于传统方式的振动设备要实现微纳米量级振动设备难以实现。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有精密驱动机构的振动平台，基于智能材料伸缩变形产生直接位移驱动振动，是一种结构简单、可靠性和驱动效率高、振幅精确可控，可实现由纳米到若干毫米的宽幅，以及可实现从准静态到高频的宽频并具有大负载振动能力的平台。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种具有精密驱动机构的振动平台，包括支撑架，设置于支撑架内的至少一个驱动机构及与之相连接的振动平台；

所述驱动机构包括：由下而上依次设置的驱动器、驱动器输出杆和驱动位移放大机构以及分别设置于驱动位移放大机构和驱动器输出杆上的放大位移输出端杆和直接位移输出端杆。

所述驱动器和驱动器输出杆之间设有压电式拉压力传感器。

所述振动平台包括：驱动平台、弹性支撑体、驱动平台导向柱、电磁控卡紧释放机构，其中，驱动平台导向柱、弹性支撑体和驱动平台依次设置于支撑架的顶部，驱动平台分别与驱动平台导向柱、放大位移输出端杆和直接位移输出端杆相连接，电磁控卡紧释放机构位于驱动平台内并卡接于放大位移输出端杆和直接位移输出端杆外部。

所述电磁控卡紧释放机构包括：镜像设置的偶数个梯形空穴及其对应的电磁线圈和钢球，其中，偶数个梯形空穴对称设置于位于驱动平台内且位于放大位移输出端杆或直接位移输出端杆的外围，电磁线圈对应设置于梯形空穴的上底边或下底边以及两空穴之间，钢球活动设置于梯形空穴内。

所述梯形空穴的上底边的宽度大于钢球和输出杆直径之和，下底边的宽度小于钢球和输出杆直径之和。

所述驱动位移放大机构为机械放大结构或液压放大结构，其中：

所述机械放大结构为分别与放大位移输出端杆和驱动器输出杆铰接的杠杆或杠杆组，所述杠杆或杠杆组的输入力臂小于输出力臂；

所述液压放大结构为分别与放大位移输出端杆和驱动器输出杆铰接的液压泵，所述液压泵的输入压强面积大于输出压强面积。

对于本发明所提出的具有精密驱动机构的振动平台，还可以是这样若干具有精密驱动机构的振动平台组合使用，而驱动一个多支点、多自由度运动的大平台。包括：大平台，十字铰链，大直线轴承，总体框架，球形铰链以及球形铰链顶杆。其中若干个放大位移输出端杆或直接位移输出端杆穿过总体框架与对应的十字铰链固连。十字铰链再与大平台固连。放大位移输出端杆或直接位移输出端杆和总体框架之间可安装大直线轴承。大平台下端面中心位置安装球形铰链，球形铰链顶杆穿过安装在总体框架上的大直线轴承。

与现有技术相比，本力控型电磁永磁复合激励振动台具有以下优点：

1.实现了微纳米和毫米以上级的组合振动振动台；容易实现大振幅驱动；也容易实现微小振幅；振动位移精确可控。

2、振动运动驱动均为直接驱动，机构简单，刚性好，可靠性好；

3、驱动振动频率可完全由外部施加电信号控制，可实现准静态到高频的宽频振动；

4、具有结构传感环节，振动驱动过程中施加在被测件上的驱动力可以被实施监测到，从而方便实现振动测试的闭环控制。

5、方便组合实现多驱动组合多自由度驱动大振动台。该多自由度驱动可用于控制平台摆角方位。

本发明的机构可用于研制要求产生宽频、宽幅、高精度振动驱动振动测试仪器和设备，广泛应用于各种振动测试或平台摆角方位控制领域。

附图说明

图1具有精密驱动机构的振动平台结构示意图；

图2设有力传感器具有精密驱动机构的振动平台的结构示意图；

图3电磁卡紧释放装置示意图；

其中：（a）和（b）分别为具有不同安装形式的梯形空穴的装置示意图；

图4杠杆位移放大结构示意图；

图5液压位移放大结构示意图；

图6驱动放大一体化驱动结构示意图；

图7驱动放大一体化驱动结构作为驱动器安装在具有精密驱动机构的振动平台中的安装结构示意图；

图8三个具有精密驱动机构的振动平台组合驱动三自由度大平台结构示意图；

图9球形铰链连接结构关系示意图；

图10十字铰链结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：支撑架1、设置于支撑架1内的一个驱动机构2及与之相连接的振动平台3。

所述的驱动机构2为：由下而上依次设置的驱动器4、驱动器输出杆5和驱动位移放大机构6以及分别设置于驱动位移放大机构6和驱动器输出杆5上的放大位移输出端杆7和直接位移输出端杆8。

如图2所示，所述的驱动器4和驱动器输出杆5之间设有压电式拉压力传感器9；

所述的振动平台3包括：驱动平台10、弹性支撑体11、驱动平台导向柱12、电磁控卡紧释放机构13，其中：驱动平台导向柱12、弹性支撑体11和驱动平台10依次设置于支撑架1的顶部，驱动平台10分别与驱动平台导向柱12、放大位移输出端杆7和直接位移输出端杆8相连接，电磁控卡紧释放机构13位于驱动平台10内并卡接于放大位移输出端杆7和直接位移输出端杆8外部。

如图3（a）和图3（b）所示，所述的电磁控卡紧释放机构13包括：镜像设置的偶数个梯形空穴14及其对应的电磁线圈15和钢球16，其中：偶数个梯形空穴14对称设置于位于驱动平台10内且位于放大位移输出端杆7或直接位移输出端杆8的外围，电磁线圈15对应设置于梯形空穴14的上底边或下底边，钢球16活动设置于梯形空穴14内。

所述的梯形空穴14的上底边的宽度大于钢球16的直径，下底边的宽度小于钢球16的直径。

所述的驱动位移放大机构6为机械放大结构或液压放大结构，其中：

如图4所示，机械放大结构为分别与放大位移输出端杆7和驱动器输出杆5铰接的杠杆或杠杆组17，该杠杆组17的输入力臂小于输出力臂。

如图5所示，液压放大结构为分别与放大位移输出端杆7和驱动器输出杆5铰接的液压泵18，该液压泵18的输入压强面积大于输出压强面积。

本实施例的工作过程为：

本实施例的振动台，工作时驱动机构2由外部激励作用，使其中的驱动器4受到激励，驱动器4伸长，同时将该伸长位移由驱动器输出杆5输出，同时传递到驱动位移放大机构6进而有放大机构作用将该位移放大后传递到放大位移输出端杆7上，在此过程中驱动器输出杆5的输出位移还直接传递到刚性的直接位移输出端杆8上。之后，放大位移输出端杆7和直接位移输出端杆8穿过振动平台3中的电磁控卡紧释放机构13，如果只让与放大位移输出端杆7接触的电磁控卡紧释放机构13工作，它将会把放大位移输出端杆7卡死，此时相当于放大位移输出端杆7与振动平台3固连，那么平台3将会产生由驱动器4施加并经驱动位移放大机构6放大的位移。此时，如果撤销对驱动器4的激励，驱动器4将收缩复位，该收缩驱动位移将沿之前同样的位移传递路径，将刚才抬高的振动平台3回拉，同时振动平台3自重也将促进该回拉过程。这样，对于驱动机构2施加和撤销外部激励的过程，振动平台3实现了一次抬升和下拉复位的过程。重复施加激励，那么振动平台3将产生多次往复的上下振动动作，并且该振动是经位移放大的较大振幅振动。

同理，如果只让与直接位移输出端杆8接触的电磁控卡紧释放机构13工作，它将会把直接位移输出端杆8卡死，而产生驱动机构2实施的直接位移驱动振动过程，此种情况下，虽然振动位移没有被放大，但是可以产生微小精密位移振幅振动。

对于电磁控卡紧释放机构13对输出杆卡死和释放过程的实现是经过如下所述过程实现的：

如图3（a）图示，当对上、下电磁线圈15产生磁场吸附钢球16到上、下梯形空穴的宽边端，此时位移输出端杆上下移动时，不会受约束，而处于释放状态。当对中间电磁线圈15产生磁场吸附钢球16到上、下梯形空穴的窄边端，此时位移输出端杆上下移动时，位移输出端杆将受到空穴14内壁挤压钢球16约束，而且上下同时被约束，从而将移输出端杆卡死。

同理，对于如图3（b）图示，通过电磁作用，将钢球16吸附到上、下梯形空穴的窄边端，而形成位移输出端杆卡紧状态；将钢球16吸附到上、下梯形空穴的宽边端，而形成位移输出端杆释放状态。

对于在驱动器4和驱动器输出杆5之间设有压电式拉压力传感器9的情形，伴随驱动器输出杆5的应变，都有应力的变化，该应力会被压电式拉压力传感器9感知，进而振动台3振动过程中产生的推动力可以被实施感知。

至此，本实施例所述的振动台可以实现振动过程，并且可以实现大振幅和微振幅切换的振动过程，以及振动过程中所产生的激振力可以被感知。

实施例2

如图6所示，所述的驱动机构2为：驱动器4、框架型体以及与之相连接的放大位移输出端杆7和驱动器4位移输出杆，其中：驱动器4位移输出杆水平设置于椭圆形结构的框架型体内且驱动器4位于驱动器4位移输出杆的中部，放大位移输出端杆7设置于椭圆形结构的框架型体的顶部。

所述的驱动器4位移输出杆与框架型体相接触的位置均设有卡环；

所述的放大位移输出端杆7和驱动器4位移输出杆与支撑框相接触的位置均设有直线轴承。

该驱动机构2可以作用形成如图7所示的振动台装置。其对位移输出杆5产生的位移是由外部激励作用于驱动器4，驱动器4产生水平方向的位移，而使得椭圆形结构的框架型体在水平方向被撑开，同时在竖直方向收缩，而带动位移输出杆5下降，进而带动振动台3向下移动。撤销对驱动器4的激励，驱动器4收缩复位，以及椭圆形结构的框架型体的弹性复位，而使得椭圆形结构的框架型体在水平方向收缩，同时在竖直方向伸展，而带动位移输出杆5上移，进而带动振动台3向上移动。重复此过程将产生振动台振动。

实施例3

如图7-图9所示，本实施例包括：支撑架1、设置于支撑架1内的一个或三个驱动机构2及与之相连接的振动平台3。

所述的驱动机构2由驱动器4以及与之固定连接的驱动器输出杆5，该驱动器输出杆5的顶端与驱动平台4相铰接。

所述的铰接均采用球形铰链或十字铰链19实现。

工作时，实现的三自由度运动为：三个支点处的三个具有精密驱动机构的振动平台同时作用的振动平台4的上下移动；以及其中一个支点不动，另外两个同时运动的两种微小角度的摆动形式；从而实现一个往复的线运动，和两个摆转运动，这样三个自由度运动平台。

Claims (5)

1.一种具有精密驱动机构的振动平台，其特征在于，包括支撑架，设置于支撑架内的至少一个驱动机构及与之相连接的振动平台；

所述驱动机构包括：由下而上依次设置的驱动器、驱动器输出杆和驱动位移放大机构以及分别设置于驱动位移放大机构和驱动器输出杆上的放大位移输出端杆和直接位移输出端杆；

所述振动平台包括：驱动平台、弹性支撑体、驱动平台导向柱、电磁控卡紧释放机构，其中，驱动平台导向柱、弹性支撑体和驱动平台依次设置于支撑架的顶部，驱动平台分别与驱动平台导向柱、放大位移输出端杆和直接位移输出端杆相连接，电磁控卡紧释放机构位于驱动平台内并卡接于放大位移输出端杆和直接位移输出端杆外部。

2.根据权利要求1所述的具有精密驱动机构的振动平台，其特征在于，所述驱动器和驱动器输出杆之间设有压电式拉压力传感器。

3.根据权利要求1所述的具有精密驱动机构的振动平台，其特征在于，所述电磁控卡紧释放机构包括：镜像设置的偶数个梯形空穴及其对应的电磁线圈和钢球，其中，偶数个梯形空穴对称设置于位于驱动平台内且位于放大位移输出端杆或直接位移输出端杆的外围，电磁线圈对应设置于梯形空穴的上底边或下底边以及两空穴之间，钢球活动设置于梯形空穴内。

4.根据权利要求3所述的具有精密驱动机构的振动平台，其特征在于，所述梯形空穴的上底边的宽度大于钢球与放大位移输出端杆或直接位移输出端杆直径之和，下底边的宽度小于钢球与放大位移输出端杆或直接位移输出端杆直径之和。

5.根据权利要求1所述的具有精密驱动机构的振动平台，其特征在于，所述驱动位移放大机构为机械放大结构或液压放大结构，其中：

所述机械放大结构为分别与放大位移输出端杆和驱动器输出杆铰接的杠杆或杠杆组，所述杠杆或杠杆组的输入力臂小于输出力臂；

所述液压放大结构为分别与放大位移输出端杆和驱动器输出杆铰接的液压泵，所述液压泵的输入压强面积大于输出压强面积。