柔性铰链简介.PDF

柔性铰链简介 六十年代前后，由于宇航和航空等技术发展的需要，对实现小范围内偏转的 支承，不仅提出了高分辨率的要求，而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。 人们在经过对各类型的弹性支承试验探索后，才逐步开发出体积小、无机械摩擦、 无间隙的柔性铰链。随后，柔性铰链立即被广泛的应用于陀螺仪、加速度计、精 密天平导弹控制喷嘴形波导管天线等仪器仪表中，并获得了前所未有的高精度和 稳定性。如日本工业技术设计院计量研究所，利用柔性铰链原理研制的角度微调 装置，在三分的角度范围内，达到了千万分之一度的稳定分辨率。近年来，柔性 铰链在精度微动工作台中得到了应用，开创了工作台进入纳米级的新时代。 柔性铰链用于绕轴做复杂运动的有限角位移，它的特点是：无机械摩擦，无 间隙，运动灵敏度高。柔性铰链有很多种结构，最普通的形式是绕一个轴弹性弯 曲，这种弹性变形时可逆的。 在机器人机构中应用了转动副，移动副，球面副，平面副及虎克铰等，其中 常用的是转动副，移动副和球面副。 1.转动副 （R） 也称回转副，它允许两构件做相对转动，这种运动副具有 1个相对自由度 （f=1），图 （2-3a）为常规转动副，图 （2-3b）为柔性铰链转 动运动副。 图2-3 a)传统转动副 图2-3 b)柔性铰链转动副 2.移动副 （P ） 允许两构件沿轴线做相对移动，这种运动副也是具有 1 个 自由度 （f=1），图 （2-4a ）为常规移动副，图 （2-4b ）为柔性铰链移动运动副。 图2-4 a)传统移动副 图2-4 b)柔性铰链移动副 图2-5 a)传统球面副 图2-5 b)柔性铰链球面副 3.球面副 （S） 允许两构件对空间不共面三轴做独立转动，这种运动副有 3个自由度 （f=3），图 （2-5a）为常规球面副，图 （2-5b）为柔性铰链球面运 动副。 2.2.2基于柔性铰链的放大机构 采用压电陶瓷为驱动元件，压电陶瓷具有出力大，响应速度快，无发热，位 移分辨率高的优点，是微动机器人的理想驱动元件。但是，现在使用的压电陶瓷 在体积比较小的情况下，其运动范围也比较小，在需要大运动范围的情况下，通 常.要应用放大机构。 现在使用的放大机构一般有以下几种 （见表2-1） 表2-1放大机构的一般形式 名称 原理图 理想放 机构举例 说明 大倍数 具有多种变 双 l 形 h 晶 A=1 如双晶片, 单晶片, 有 片 支撑, 无支 撑 运动速度 大 放 杆 杠 l1