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1. WO2020107612 - STRUCTURE DE CHARNIÈRE FLEXIBLE

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

1 (R26)   2 (R26)   3 (R26)   4 (R26)   5 (R26)   6 (R26)  

说明书

发明名称 : 一种柔性铰链结构

技术领域

[0001]
本发明涉及精密微传动技术领域,尤其涉及一种柔性铰链结构。

背景技术

[0002]
在精密光学系统中常常遇到输出方向和驱动方向呈90度夹角的场合,特别是在光学曝光系统中,动镜的调节是很微小,往往只有几微米甚至更小的位移量,急需设计一种高精度的微小位移结构,以满足精密系统中方向呈90度的传动。
[0003]
发明内容
[0004]
(一)要解决的技术问题
[0005]
通过本发明的一种柔性铰链结构,至少解决以上技术问题。
[0006]
(二)技术方案
[0007]
本发明提供了一种柔性铰链结构,包括:刚性驱动端3;安装固定端1,其通过第一柔性部分11与刚性驱动端3上表面长度方向的一端连接,安装固定端1的表面设有第一固定结构100;位移输出端2,其通过第二柔性部分21与刚性驱动端3上表面长度方向的另一端连接;导向固定端4,其通过第三柔性部分41对称地设于位移输出端2的两侧面上,该两侧面与刚性驱动端3上表面长度方向平行,导向固定端4的表面设有第二固定结构400。
[0008]
可选地,安装固定端1由至少一个第一刚性块组成,第一刚性块之间通过第四柔性部分12连接,其中,第一固定结构100设于最外侧的第一刚性块的表面。
[0009]
可选地,位移输出端2由至少两个第二刚性块组成,第二刚性块之间通过第五柔性部分22连接。
[0010]
可选地,导向固定端4由至少两个第三刚性块组成,第三刚性块之间通过第六柔性部分42连接,其中,所述第二固定结构400设于最外侧的第三刚性块表面。
[0011]
可选地,第一柔性部分11、第二柔性部分21、第四柔性部分12及第五柔性部分22相互平行。
[0012]
可选地,第一柔性部分11、第二柔性部分21、第四柔性部分12及第五柔性部分22的长度方向与安装固定端1的长度方向垂直。
[0013]
可选地,第六柔性部分42与第三柔性部分41相互平行。
[0014]
可选地,第六柔性部分42和第三柔性部分41与安装固定端1的长度方向平行。
[0015]
可选地,第一柔性部分11、第二柔性部分21、第三柔性部分41、第四柔性部分12、第五柔性部分22及第六柔性部分42的截面为工字型或圆弧形。
[0016]
可选地,第一固定结构100及第二固定结构400分别为至少一个安装孔。

(三)有益效果

[0017]
本发明提供了一种柔性铰链结构,通柔性部分将驱动块与位移块呈90度连接,由于柔性部分可以进行弹性变形,使得输出方向位移和驱动方向位移呈90度变化,同时该机构之间不存在进行力传递的连杆机构,是通过柔性部分直接将驱动端与位移输出端相连接,因此结构紧凑,响应迅速。

附图说明

[0018]
图1示意性示出了本公开实施例的柔性铰链结构的立体图;
[0019]
图2示意性示出了本公开实施例图1中所示的柔性铰链结构的主视图;
[0020]
图3示意性示出了本公开实施例图1中所示的柔性铰链结构的后视图;
[0021]
图4示意性示出了本公开实施例中图1所示的柔性铰链结构受力位移后的主视图;
[0022]
图5示意性示出了本公开实施例与图4对应的柔性铰链结构受力位移后的后视图;
[0023]
图6示意性示出了本公开实施例的柔性铰链结构中驱动端位移量与输出端位移量的比例关系。
[0024]
附图标记解释:
[0025]
1—安装固定端;
[0026]
11—第一柔性部分;
[0027]
12—第四柔性部分;
[0028]
100—安装固定端1上的第一固定结构;
[0029]
2—位移输出端;
[0030]
21—第二柔性部分;
[0031]
22—第五柔性部分;
[0032]
3—刚性驱动端;
[0033]
4—导向固定端;
[0034]
41—导向固定端4连接的第三柔性部分;
[0035]
42—第六柔性部分;
[0036]
400—导向固定端4上的第二固定结构。

具体实施方式

[0037]
本发明提供了一种柔性铰链结构,其特征在于,包括:刚性驱动端3;安装固定端1,其通过第一柔性部分11与刚性驱动端3上表面长度方向的一端连接,安装固定端1的表面设有第一固定结构100;位移输出端2,其通过第二柔性部分21与刚性驱动端3上表面长度方向的另一端连接;导向固定端4,其通过第三柔性部分41对称地设于位移输出端2的两侧面上,该两侧面与刚性驱动端3上表面长度方向平行,导向固定端4的表面设有第二固定结构400。
[0038]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
[0039]
图1示意性示出了本公开实施例的柔性铰链结构的立体图,为更好的描述本公开实施例,以下将以图1中示意的方向进行描述,但此处需要注意的是图1的方向仅仅是在本实施例中的柔性铰链结构的示意方向,并不代表其工作或在实际应用中的安装方向,在工作或安装时其方向可以根据实际需要进行配置,并不受图1示意方向的限制。
[0040]
如图1可知,本发明包括一个安装固定端1、位移输出端2、刚性驱动端3以及导向固定端4,其中安装固定端1和位移输出端2同时安装在刚性驱动端3同一平面的两端,使得安装固定端1、位移输出端2以及刚性驱动端3形成U字形结构(如图2所示),导向固定端4对称安装于位移输出端2的两个侧面并与U字形结构垂直,安装固定端1、位移输出端2、刚性驱动端3以及导向固定端4之间的连接均采用柔性部分连接,为使描述更加方便,将所述结构放置于三维坐标系中,如图1所示,U型平面位于xz平面内,导向固定端4与上述U型结构垂直,也即沿Z方向布置,下面将对每个结构做具体介绍。
[0041]
首先,刚性驱动端3为一个刚性块,其至少包括两个垂直的面,其中一个面为受力驱动面,如图1所示,受力面位于yz平面,受力方向与受力面垂直,也即沿x轴的负方向,另一个面位于xy平面,用于连接安装固定端1和位移输出端2,为了节省材料或设计需要,可以在该表面没有与柔性部分连接的部位设置一定的凹槽等,由于未涉及本发明柔性连接部分,因此均不影响本发明的技术效果,均在本发明的保护范围之内。
[0042]
安装固定端1其与刚性驱动端3的一端通过第一柔性部分11连接,该安装固定端1由至少一个第一刚性块组成,当只有一个第一刚性块时,该安装固定端1直接与刚性驱动端3通过第一柔性部分11连接,当该安装固定端1由两个第一刚性块组成时,第一刚性块与第一刚性块之间通过第四柔性部分12连接,同理,当组成安装固定端1的第一刚性块增加时,第四柔性部分12也在同比例增加,且为了保证受力方向的一 致性也即自由度方向一致,组成安装固定端1的第四柔性部分12与第一柔性部分11的安装方向平行,组成安装固定端1的第一刚性块中,最上端的第一刚性块,也即距离刚性驱动端3最远的最外侧的第一刚性块为固定块,其上设有第一固定结构100,用于与外部固定结构或装置连接,第一固定结构100可以为如图1所示的安装孔,也可以为固定凸起等,只要能实现固定块的固定均在本发明的保护范围之内,并不受图1中示意性安装孔的限制。同时,上述组成安装固定端1的刚性块优选为立方体块,并且安装时每个刚性块的每个面相互平行。
[0043]
位移输出端2其与刚性驱动端3的另一端通过第二柔性部分21连接,该位移输出端2由至少两个第二刚性块组成,当该安装固定端由图1所示的两个第二刚性块组成时,第二刚性块与第二刚性块之间通过第五柔性部分22连接,同理当组成位移输出端2的第二刚性块增加时,第五柔性部分22也同比例增加,且为了保证受力方向的一致性也即自由度方向一致,组成位移输出端2的第五柔性部分22与第二柔性部分21安装方向平行。组成位移输出端2的第二刚性块优选为立方体,安装时各立方体的面相互平行,同时与上述组成安装固定端1的第一刚性块的每个面平行,且第一柔性部分11、第四柔性部分12、第二柔性部分21以及第五柔性部分22的安装方向均平行且其长度方向优选与安装固定端1的长度方向(也即与受力面的受力方向)垂直,使得在力的作用下,第一柔性部分11、第四柔性部分12、第二柔性部分21以及第五柔性部分22可以带动相连接的刚性块绕Y轴旋转。该位移输出端2远离刚性驱动端3的第二刚性块为位移输出块,其可在第五柔性部分22的带动下进行微小的位移传递。
[0044]
导向固定端4,由相同的两部分组成,分别对称的与位移输出端2最上方的第二刚性块通过第三柔性部分41连接(如图3所示),每部分由至少两个第三刚性块组成,当由两个第三刚性块组成时,两个第三刚性块之间通过第六柔性部分42连接,且第三柔性部分41和第六柔性部分42的安装方向相互平行,并且优选与安装固定端1的长度方向(也即受力面的受力方向)平行安装。在导向固定端4远离位移输出端2的 两个第三刚性块为固定块,其上设有第二固定结构400,用于与外部固定结构或装置连接,第二固定结构400可以为如图1所示的安装孔,也可以为固定凸起等,只要能实现固定块的固定均在本发明的保护范围之内,并不受图1中示意性安装孔的限制。同时,上述组成导向固定端4的第三刚性块优选为立方体块,并且安装时每个第三刚性块的每个面相互平行。
[0045]
上述第一柔性部分11、第四柔性部分12、第二柔性部分21、第五柔性部分22、第三柔性部分41以及第六柔性部分42优选为工字型或由线切割工艺加工成的圆弧形,并且尺寸尽量保持一致,所采用的柔性材料刚度尽量一致,但此处需要强调的是,本发明中的柔性部分的结构并不仅仅局限于工字型或由线切割工艺加工成的圆弧形,凡是能够连接刚性块使刚性块绕Y轴旋转均在本发明的保护范围之内。
[0046]
通过以上方式,可实现如图4和图5所示的位移偏转示意图,当受力后,安装固定端1与位移输出端2在刚性驱动端3的带动下绕U形平面的垂直方向转动,由于位移输出端2与导向固定端4连接,导向固定端4的端部被固定,因此位移输出端2会被限制在很小的范围内上下移动。如图6可知,位移方向与受力方法的位移关系为:
[0047]
[0048]
其中:δz为位移输出端2的位移变化量,δx为刚性驱动端3的位移变化量,α为当位移输出端2的位移为δx时对应的夹角。
[0049]
至此,已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是,在附图或说明书正文中,未绘示或描述的实现方式,均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式,并未进行详细说明。此外,上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0050]
依据以上描述,本领域技术人员应当对本公开柔性铰链结构有了清楚的认识。
[0051]
综上所述,本公开提供了一种柔性铰链结构通柔性部分将驱动块与位移块呈90度连接,由于柔性部分可以进行弹性变形,使得输出方向 位移和驱动方向位移呈90度变化,同时该机构之间不存在进行力传递的连杆机构,是通过柔性部分直接将驱动端与位移输出端相连接,因此结构紧凑,响应迅速,例如,在曝光系统中,可方便地从外部对精密光学透镜进行轴向调节,另外输入位移与输出位移的大小成比例放大或缩小,类似于差动机构,更容易实现精确控制。
[0052]
还需要说明的是,实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等,仅是参考附图的方向,并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图,相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时,将省略常规结构或构造。
[0053]
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例,而仅示意本公开实施例的内容。另外,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0054]
除非有所知名为相反之意,本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值,能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言,所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字,应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下,其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10%的变化、在一些实施例中±5%的变化、在一些实施例中±1%的变化、在一些实施例中±0.5%的变化。
[0055]
再者,单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
[0056]
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词,以修饰相应的元件,其本身并不意味着该元件有任何的序数,也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序,该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
[0057]
此外,除非特别描述或必须依序发生的步骤,上述步骤的顺序并无限制于以上所列,且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑,彼此混合搭配使用或与其他实施例混合 搭配使用,即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0058]
类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个,在上面对本公开的示例性实施例的描述中,本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如下面的权利要求书所反映的那样,公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
[0059]
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种柔性铰链结构,其特征在于,包括: 刚性驱动端(3); 安装固定端(1),其通过第一柔性部分(11)与所述刚性驱动端(3)上表面长度方向的一端连接,所述安装固定端(1)的表面设有第一固定结构(100); 位移输出端(2),其通过第二柔性部分(21)与所述刚性驱动端(3)上表面长度方向的另一端连接; 导向固定端(4),其通过第三柔性部分(41)对称地设于所述位移输出端(2)的两侧面上,该两侧面与所述刚性驱动端(3)上表面长度方向平行,所述导向固定端(4)的表面设有第二固定结构(400)。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述安装固定端(1)由至少一个第一刚性块组成,所述第一刚性块之间通过第四柔性部分(12)连接,其中,所述第一固定结构(100)设于最外侧的第一刚性块的表面。
[权利要求 3]
根据权利要求2任意一项所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述位移输出端(2)由至少两个第二刚性块组成,所述第二刚性块之间通过第五柔性部分(22)连接。
[权利要求 4]
根据权利要求3任意一项所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述导向固定端(4)由至少两个第三刚性块组成,所述第三刚性块之间通过第六柔性部分(42)连接,其中,所述第二固定结构(400)设于最外侧的第三刚性块表面。
[权利要求 5]
根据权利要求4所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第一柔性部分(11)、第二柔性部分(21)、第四柔性部分(12)及第五柔性部分(22)相互平行。
[权利要求 6]
根据权利要求4或5所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第一柔性部分(11)、第二柔性部分(21)、第四柔性部分(12)及第五柔性部分(22)的长度方向与所述安装固定端(1)的长度方向垂直。
[权利要求 7]
根据权利要求4所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第六柔性部分(42)与所述第三柔性部分(41)平行。
[权利要求 8]
根据权利要求4或7所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第六柔性部分(42)和所述第三柔性部分(41)的长度方向与所述安装固定端(1)的长度方向平行。
[权利要求 9]
根据权利要求8所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第一柔性部分(11)、第二柔性部分(21)、第三柔性部分(41)、第四柔性部分(12)、第五柔性部分(22)及第六柔性部分(42)的截面为工字型或圆弧形。
[权利要求 10]
根据权利要求1所述的柔性铰链结构,其特征在于,所述第一固定结构(100)及第二固定结构(400)分别为至少一个安装孔。

附图

[ 图 1]   [根据细则26改正 13.04.2019] 
[ 图 2]   [根据细则26改正 13.04.2019] 
[ 图 3]   [根据细则26改正 13.04.2019] 
[ 图 4]   [根据细则26改正 13.04.2019] 
[ 图 5]   [根据细则26改正 13.04.2019] 
[ 图 6]   [根据细则26改正 13.04.2019]