基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构

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1、第23卷第1l期光学精密工程Vo1．23NO．112015年11月OpticsandPrecisionEngineeringNOV．2O15文章编号1004—924X(2015)1l一3168—08基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构魏传新，陈洪达，尹达一(1．中国科学院大学，北京100049；2．中国科学院上海技术物理研究所，上海200083；3．中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海2000083)摘要：基于交叉簧片柔性铰链(简称‘交叉铰链’)设计了一种用于光束跟踪、精密指向和瞄准的同轴八铰微位移放大机构。该机构使用菱形构

2、型，用交叉铰链作集中柔性元件，节点处交叉铰链两两同轴配合使用，以便保证运动的平稳输出。研究了机构的运动学以及力学性能，计算了微位移机构的行程放大比和灵敏度；根据交叉铰链的刚度模型，推导出微位移机构的理论刚度；最后，应用有限元软件对机构进行建模并对运动学、静力学以及动力学性能进行仿真。完成了样机的加工和测试，测试结果显示，机构放大比为1．905，理论与测试误差低于2．2，结构刚度为l8．21N／ram，误差低于0．320A，一阶频率为8．8Hz，误差低于5。分析结果验证了本设计的可行性和有效性。该机构适用于空间高精度微位移领域。关键词

3、：交叉簧片；柔性铰链；微位移柔性机构；放大机构中图分类号：TH112：TP271．2文献标识码：Adoi：10．3788／OPE．20152311．3168Spatialcompliantmicro—displacementmagnifyingmecn●anl●sm1based1onCROSS—SPri●ngt^ilexUralpi●votWEIChuan—xin'。．CHENHong—da～。YINDa—yi’’。(1．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China

4、；2．ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200083，China；3．KeyLaboratoryofInfraredSystemDetectionandImagingTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200083，China)*Correspondingauthor，E-mail：yindayi@mail．sitp．ac．cnAbstract：Anewdiamondmicro—

5、displacementmagnifyingmechanismusingeightcross—springflexuralpivotswaspresentedforlightbeamacquisition，trackingandpointinginspaceopticalcommunication．Thepiezoelectricceramicwastakenastheactuator，andthecross—springflexuralpivotsasthecentralizedflexuralelements．Everytwop

6、ivotsweresetinoneaxis，andthecoaxialsetoftwopivotsoneachcornerofthediamondconfigurecouldreducetheaxisdraftandimprovetherigidityandstabilityofthemechanism．Throughanalyzingtheoperationprinciple，themagnifyingratioandthesensitivityofthemechanismwerederived．Accordingtothesti

7、ffnessmodeIofthecrosspivots，thetheoreticalstiffnessofthedisplacementmechanismwasdeduced．Finallythedisplacementmechanism收稿日期：201503—07；修订日期：2015—04—15．基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．40776100)第l1期魏传新，等：基于交叉簧片柔性铰链的空间微位移机构wasmodeledbyfiniteelementmethodanditskinematics，staticsanddyn

8、amicsweresireulated．Aprototypewasestablishedandtested．Somecharacteristicparameterswerederived，suchasthestructurestiff