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申请/专利权人：佛山大学

摘要：本发明公开了一种夹扭耦合柔顺微操作装置及其运动控制方法，装置包括旋转步进伺服电机、竖向固定支架、夹紧式联轴器、竖向固定平台、压电黏滑直线驱动器、凸形推块和夹扭耦合柔顺微操作机构系统。方法包括：获取单向集中输入力；基于单向集中输入力得到平行夹持输出位移指令；产生输入转角；将输入转角传递至柔顺转角缩小机构与柔顺微夹钳，输出高分辨率扭转操作指令；结合平行夹持输出位移指令与高分辨率扭转操作指令，实现对微纤维夹紧扭转操作。本发明实施例能够通过几何非线性的开环运动控制方法，进而提升夹扭耦合柔顺微操作机构的运动精度。本发明作为一种夹扭耦合柔顺微操作装置及其运动控制方法，可广泛应用于精密装备微纳操作技术领域。

主权项：1.一种夹扭耦合柔顺微操作装置，其特征在于，包括旋转步进伺服电机、竖向固定支架、夹紧式联轴器、竖向固定平台、压电黏滑直线驱动器、凸形推块和夹扭耦合柔顺微操作机构系统，所述旋转步进伺服电机放置于所述竖向固定支架的上方，所述竖向固定支架与所述竖向固定平台垂直固定连接，所述旋转步进伺服电机通过所述夹紧式联轴器与所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统连接，所述压电黏滑直线驱动器水平放置于所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统的凹槽内，所述凸形推块紧固联接于所述压电黏滑直线驱动器的顶部，其中：所述旋转步进伺服电机用于提供输入力矩并产生输入转角；所述竖向固定支架用于支撑并固定所述旋转步进伺服电机和所述竖向固定平台；所述夹紧式联轴器用于将所述输入转角传递至所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统；所述竖向固定平台用于固定所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统；所述压电黏滑直线驱动器用于对所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统提供单向集中输入力；所述凸形推块用于将所述单向集中输入力传递至柔顺微夹钳；所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统用于根据所述输入转角与所述单向集中输入力，进行高分辨率扭转操作与输出平行夹持输出位移；所述夹扭耦合柔顺微操作机构系统包括柔顺转角缩小机构、夹扭耦合联接件和柔顺微夹钳，所述旋转步进伺服电机通过所述夹紧式联轴器与所述柔顺转角缩小机构连接，所述柔顺转角缩小机构的轴线与所述竖向固定平台相互垂直，所述夹扭耦合联接件与所述柔顺转角缩小机构固定连接，所述柔顺微夹钳放置于所述夹扭耦合联接件的凹槽上方，其中：所述柔顺转角缩小机构用于将所述输入转角缩小，形成高分辨率扭转操作；所述夹扭耦合联接件用于连接所述柔顺转角缩小机构与所述柔顺微夹钳；所述柔顺微夹钳用于根据所述单向集中输入力，输出平行夹持输出位移；所述柔顺微夹钳包括微夹钳机架、输入端结构、左变截面梁、右变截面梁、左输出夹持结构、右输出夹持结构、左等截面直梁和右等截面直梁，其中，所述微夹钳机架、所述输入端结构、所述左变截面梁、所述右变截面梁、所述左输出夹持结构、所述右输出夹持结构、所述左等截面直梁和所述右等截面直梁均处于同一平面，且所述微夹钳机架与所述输入端结构相对于所述压电黏滑直线驱动器的输出轴线对称放置，所述左变截面梁与所述右变截面梁相对于所述压电黏滑直线驱动器的输出轴线对称放置，所述左输出夹持结构与所述右输出夹持结构相对于所述压电黏滑直线驱动器的输出轴线对称放置，所述左等截面直梁与所述右等截面直梁相对于所述压电黏滑直线驱动器的输出轴线对称放置；还包括设置左等截面直梁的长度、左等截面直梁的宽度和左等截面直梁的倾角，具体为：获取所述左等截面直梁的尺寸参数，确定左输出夹持结构的平面尺寸初始值；根据左输出夹持结构的平面尺寸初始值，确定左等截面直梁与左输出夹持结构连接处的受力值以及左等截面直梁与微夹钳机架连接处的受力值；根据左等截面直梁与左输出夹持结构连接处的受力值以及左等截面直梁与微夹钳机架连接处的受力值，确定左等截面直梁的柔度系数；基于左等截面直梁的柔度系数，获取左变截面梁的几何非线性程度与左等截面直梁的几何非线性程度；对左变截面梁的几何非线性程度与左等截面直梁的几何非线性程度的差值进行判断，若左变截面梁的几何非线性程度与左等截面直梁的几何非线性程度的差值大于预设阈值，则循环获取左变截面梁的几何非线性程度与左等截面直梁的几何非线性程度步骤，直至左变截面梁的几何非线性程度与左等截面直梁的几何非线性程度的差值小于预设阈值，增大左等截面直梁的输入力，直至左等截面直梁的输入力达到输入力的最大值，完成左等截面直梁的长度、左等截面直梁的宽度和左等截面直梁的倾角的设置。

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