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1、(10)申请公布号 CN 103011069 A (43)申请公布日 2013.04.03 C N 1 0 3 0 1 1 0 6 9 A *CN103011069A* (21)申请号 201210539659.5 (22)申请日 2012.12.13 B82B 3/00(2006.01) (71)申请人哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街92号 (72)发明人荣伟彬 张世忠 聂斌斌 周杰 李东洁 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人刘同恩 (54) 发明名称 一种粘滑式旋转定位装置 (57) 摘要 本发明涉及一种旋转定位装置，。
2、具体涉及一 种粘滑式旋转定位装置，本发明为了解决目前旋 转定位装置不能应用在超低温、超真空、高电场或 高磁场等工作场所，且现有技术中的旋转定位装 置体积大，定位误差大的问题，所述装置包括旋转 单元、驱动单元和底座，旋转单元包括第一旋转半 圆台和第二旋转半圆台，驱动单元包括驱动弹性 台和驱动转板，底座包括基台和压电陶瓷驱动器， 驱动弹性台上端面加工有多组柔性铰链，驱动弹 性台底端面设有叉形结构，叉形结构的底部设有 驱动转板，旋转单元设置在驱动弹性台顶部，驱动 弹性台设置在基台上，压电陶瓷驱动器设置在基 台内，本发明用于微纳操作试验研究中。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图。
3、6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 6 页 1/2页 2 1.一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述装置包括旋转单元(1)、驱动单元(2) 和底座(3)；旋转单元(1)包括第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台(1-2)，驱动单元 (2)包括驱动弹性台(2-1)和驱动转板(2-2)，底座(3)包括基台(3-1)和压电陶瓷驱动 器(3-2)，第一旋转半圆台(1-1)的截面圆心处加工有第一V型槽(1-5)，第二旋转半圆台 (1-2)的截面圆心处加工有第二V型槽(1-6)，第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台 (1-2)。
4、相对安装组合为一个圆台，第一V型槽(1-5)和第二V型槽(1-6)相对设置，驱动弹 性台(2-1)为长方形板状，驱动弹性台(2-1)上端面加工有多组对称的柔性铰链(2-1-1)， 驱动弹性台(2-1)顶部设有承载端面(2-1-3)，承载端面(2-1-3)上设有旋转轴(2-1-2)， 驱动弹性台(2-1)底端面正对承载端面(2-1-3)设有叉形结构(2-1-4)，叉形结构(2-1-4) 的底部加工有槽口(2-1-5)，驱动转板(2-2)为由两个横板(2-2-1)之间垂直设置有一个竖 直板(2-2-2)组成，且两个横板(2-2-1)交错设置，基台(3-1)为长方形板状，基台(3-1) 上加工有第一。
5、长方形通孔(3-5)，靠近长方形通孔(3-5)的两侧长边分别交错开有一个长 方形槽(3-6)，长方形槽(3-6)的一端加工有第二长方形通孔(3-7)，第二长方形通孔(3-7) 与第一长方形通孔(3-5)连通，两个第二长方形通孔(3-7)交错设置， 第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台(1-2)和组合为一体，旋转单元(1)设置在 驱动弹性台(2-1)顶部，且第一V型槽(1-5)和第二V型槽(1-6)将旋转轴(2-1-2)夹持 固定在两个V型槽内，驱动弹性台(2-1)底部的叉形结构(2-1-4)的槽口(2-1-5)内固定 设置有竖直板(2-2-2)，驱动弹性台(2-1)设置在基台(3-1)上，。
6、压电陶瓷驱动器(3-2)设 置在长方形槽(3-6)内，两个横板(2-2-1)分别紧靠压电陶瓷驱动器(3-2)的一端设置在 第二长方形通孔(3-7)内。 2.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述第一旋转半圆台 (1-1)加工有两个沉头孔(1-7)，沉头孔(1-7)的中心线与第一旋转半圆台(1-1)一侧的直 面垂直，第二旋转半圆台(1-2)上设有两个第一螺纹孔(1-8)，且两个第一螺纹孔(1-8)与 两个沉头孔(1-7)相对设置。 3.根据权利要求2所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述装置还包括两个 第一调节螺栓(1-3)和两个调节弹簧(1-4)，调节弹簧(1-4)套。
7、在第一调节螺栓(1-3)螺杆 上，调节弹簧(1-4)通过沉头孔(1-7)安装在第一螺纹孔(1-8)内。 4.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述基台(3-1)内两 个长方形槽(3-6)的一侧边分别加工有沉头的螺纹孔(3-9)，沉头螺纹孔(3-9)的另一端穿 过基台(3-1)的外侧面，沉头的螺纹孔(3-9)的中心线与长方形通孔(3-5)的长边平行。 5.根据权利要求4所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述装置还包括两个 预紧板(3-3)和两个预紧螺钉(3-4)，预紧螺钉(3-4)安装在沉头螺纹孔(3-9)内，预紧板 (3-3)设置在预紧螺钉(3-4)和压电陶瓷驱动器(。
8、3-2)之间。 6.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：驱动弹性台(2-1)上 端面的两个对角处分别设有凹槽(2-6)，凹槽(2-6)内设有通孔(2-7)，基台(3-1)的两个 对角处设有第二螺纹(3-8)。 7.根据权利要求6所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述装置还包括两个 第一固定螺栓(2-3)，第一固定螺栓(2-3)穿过通孔(2-7)固定在第二螺纹(3-8)内。 8.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述槽口(2-1-5)的 权 利 要 求 书CN 103011069 A 2/2页 3 两侧板上相对加工有通孔(2-1-6)，竖直板(2-2-。
9、2)上加工有第三螺纹孔(2-2-3)。 9.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于：所述装置还包括第二 固定螺栓(2-4)，第二固定螺栓(2-4)通过通孔(2-1-6)安装在第三螺纹孔(2-2-3)内。 权 利 要 求 书CN 103011069 A 1/4页 4 一种粘滑式旋转定位装置 技术领域 0001 本发明涉及一种旋转定位装置，具体涉及一种粘滑式旋转定位装置。 背景技术 0002 纳米定位技术是纳米操作技术的基础，随着纳米技术的快速发展，越来越多的应 用领域需要体积小且具有纳米级定位精度和毫米级运动行程的旋转定位装置，目前现有技 术旋转定位装置的应用环境也很极端，不能应用。
10、在超低温、超真空、高电场或高磁场等工作 场所，且现有技术中的旋转定位装置体积大，定位误差大。 发明内容 0003 本发明为了解决目前旋转定位装置不能应用在超低温、超真空、高电场或高磁场 等工作场所，且现有技术中的旋转定位装置体积大，定位误差大的问题，进而提供了一种粘 滑式旋转定位装置。 0004 本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：所述装置包括旋转单元、驱动单元 和底座；旋转单元包括第一旋转半圆台和第二旋转半圆台，驱动单元包括驱动弹性台和驱 动转板，底座包括基台和压电陶瓷驱动器，第一旋转半圆台的截面圆心处加工有第一V型 槽，第二旋转半圆台的截面圆心处加工有第二V型槽，第一旋转半圆台和第二旋。
11、转半圆台 相对安装组合为一个圆台，第一V型槽和第二V型槽相对设置，驱动弹性台为长方形板状， 驱动弹性台上端面加工有多组对称的柔性铰链，驱动弹性台顶部设有承载端面，承载端面 上设有旋转轴，驱动弹性台底端面正对承载端面设有叉形结构，叉形结构的底部加工有槽 口，驱动转板为由两个横板之间垂直设置有一个竖直板组成，且两个横板交错设置，基台为 长方形板状，基台上加工有第一长方形通孔，靠近长方形通孔的两侧长边分别交错开有一 个长方形槽，长方形槽的一端加工有第二长方形通孔，第二长方形通孔与第一长方形通孔 连通，两个第二长方形通孔交错设置， 0005 第一旋转半圆台和第二旋转半圆台和组合为一体，旋转单元设置在驱。
12、动弹性台顶 部，且第一V型槽和第二V型槽将旋转轴夹持固定在两个V型槽内，驱动弹性台底部的叉形 结构的槽口内固定设置有竖直板，驱动弹性台设置在基台上，压电陶瓷驱动器设置在长方 形槽内，两个横板分别紧靠压电陶瓷驱动器的一端设置在第二长方形通孔内。 0006 本发明的有益效果是：本发明可应用在超低温、超真空、高电场或高磁场复杂环 境内进行工作，本发明采用粘滑式是指旋转单元1利用与旋转轴2-1-2间的摩擦力为静摩 擦力时，两物体不发生相对位移发生连续旋转，当摩擦力为动摩擦力时，两物体发生相对位 移，具有径向跳动小、结构紧凑、体积小(可小于10cm3)、定位精度高等优点可达到纳米级 定位精度，本发明满足。
13、设计的要求、便于操作、可适用性高的特点。 附图说明 0007 图1是本发明整体结构示意图，图2是本发明通过第一调节螺栓1-3和两个调节 说 明 书CN 103011069 A 2/4页 5 弹簧1-4将第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2和组合为旋转单元1的整体结构示 意图，图3是本发明驱动转板2-2的结构示意图，图4是本发明压电陶瓷驱动器3-2的结构 示意图，图5是本发明预紧板3-3的结构示意图，图6是本发明将预紧螺钉3-4安装在基台 3-1的示意图，图7是本发明将第一固定螺栓2-3安装在驱动弹性台2-1的示意图，图8是 本发明通过第一调节螺栓1-3、两个调节弹簧1-4、第一旋转半圆台。
14、1-1和第二旋转半圆台 1-2组合的整体结构主视图，图9是本发明驱动弹性台2-1的俯视图，图10是本发明驱动弹 性台2-1的主视图，图11是本发明驱动弹性台2-1的侧视图，图12是本发明驱动转板2-2 安装在基台3-1内的位置结构主视图，图13是本发明驱动转板2-2安装在驱动弹性台2-1 上叉形结构2-1-4的仰视图。 具体实施方式 0008 具体实施方式一：结合图1-图13说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所 述装置包括旋转单元1、驱动单元2和底座3；旋转单元1包括第一旋转半圆台1-1和第二 旋转半圆台1-2，驱动单元2包括驱动弹性台2-1和驱动转板2-2，底座3包括基台3-1和压 电。
15、陶瓷驱动器3-2，第一旋转半圆台1-1的截面圆心处加工有第一V型槽1-5，第二旋转半 圆台1-2的截面圆心处加工有第二V型槽1-6，第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2 相对安装组合为一个圆台，第一V型槽1-5和第二V型槽1-6相对设置，驱动弹性台2-1为 长方形板状，驱动弹性台2-1上端面加工有多组对称的柔性铰链2-1-1，驱动弹性台2-1顶 部设有承载端面2-1-3，承载端面2-1-3上设有旋转轴2-1-2，驱动弹性台2-1底端面正对 承载端面2-1-3设有叉形结构2-1-4，叉形结构2-1-4的底部加工有槽口2-1-5，驱动转板 2-2为由两个横板2-2-1之间垂直设置有一个竖直板。
16、2-2-2组成，且两个横板2-2-1交错 设置，基台3-1为长方形板状，基台3-1上加工有第一长方形通孔3-5，靠近长方形通孔3-5 的两侧长边分别交错开有一个长方形槽3-6，长方形槽3-6的一端加工有第二长方形通孔 3-7，第二长方形通孔3-7与第一长方形通孔3-5连通，两个第二长方形通孔3-7交错设置， 0009 第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2和组合为一体，旋转单元1设置在驱 动弹性台2-1顶部，且第一V型槽1-5和第二V型槽1-6将旋转轴2-1-2夹持固定在两个V 型槽内，驱动弹性台2-1底部的叉形结构2-1-4的槽口2-1-5内固定设置有竖直板2-2-2， 驱动弹性台2-1。
17、设置在基台3-1上，压电陶瓷驱动器3-2设置在长方形槽3-6内，两个横板 2-2-1分别紧靠压电陶瓷驱动器3-2的一端设置在第二长方形通孔3-7内， 0010 本发明的粘滑式旋转定位装置具有径向跳动小、结构紧凑、体积小(可小于 10cm3)、定位精度高等优点，旋转单元1轴向定位于旋转轴2-1-2根部的承载端面2-1-3，该 端面既承载定位台的轴向载荷，同时其与旋转单元1的接触面积很小，可有效降低承载端 面2-1-3摩擦力对旋转定位的影响，本发明的驱动弹性台2-1为整体加工的弹性结构，多组 对称加工的柔性铰链2-1-1限制了驱动台中心旋转轴2-1-2三个轴向平移自由度和两个水 平轴向旋转，从结构。
18、上解决了定位台径向跳动过大的问题，其中心处的旋转轴同时具有转 子和旋转轴两个功能，用于传递柔性铰链2-1-1的旋转位移输出，实现旋转单元1的旋转运 动，驱动转板2-2与驱动弹性台2-1下部的叉形结构2-1-4配合，限制了驱动转板2-2其他 两个方向的转动，另外为压电陶瓷驱动器3-2提供了更大的安装空间，压电陶瓷驱动器3-2 具有高位移输出分辨率(亚纳米级)、高频响(可达几十kHz)、高可靠性、体积小、输出力大 说 明 书CN 103011069 A 3/4页 6 等优点，本发明的压电陶瓷驱动器3-2被机械固定于底座内，该方式可以有效保护压电陶 瓷驱动器3-2不被外力损坏。 0011 具体实施方。
19、式二：结合图1、图2和图8说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装 置，所述第一旋转半圆台1-1加工有两个沉头孔1-7，沉头孔1-7的中心线与第一旋转半圆 台1-1一侧的直面垂直，第二旋转半圆台1-2上设有两个第一螺纹孔1-8，且两个第一螺纹 孔1-8与两个沉头孔1-7相对设置，其它与具体实施方式一相同。 0012 具体实施方式三：结合图1、图2和图8说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装 置，所述装置还包括两个第一调节螺栓1-3和两个调节弹簧1-4，调节弹簧1-4套在第一调 节螺栓1-3螺杆上，调节弹簧1-4通过沉头孔1-7安装在第一螺纹孔1-8内，通过调节弹簧 1-4和第一调节螺栓1-3螺杆可有。
20、效固定两个半圆体，该方式可精密调节旋转单元1与旋转 轴2-1-2之间的摩擦力使结构紧凑，其它与具体实施方式二相同。 0013 具体实施方式四：结合图1、图6和图12说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装 置，所述基台3-1内两个长方形槽3-6的一侧边分别加工有沉头螺纹孔3-9，沉头的螺纹孔 3-9的另一端穿过基台3-1的外侧面，沉头的螺纹孔3-9的中心线与长方形通孔3-5的长边 平行，其它与具体实施方式一相同。 0014 具体实施方式五：结合图1、图6和图12说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装 置，所述装置还包括两个预紧板3-3和两个预紧螺钉3-4，预紧螺钉3-4安装在沉头螺纹孔 3-9内，预。
21、紧板3-3设置在预紧螺钉3-4和压电陶瓷驱动器3-2之间，预紧板3-3设置在预 紧螺钉3-4和压电陶瓷驱动器3-2之间可有效防止预紧螺钉3-4对压电陶瓷驱动器3-2的 磨损，预紧螺钉3-4可进行旋进和旋出顶住预紧板3-3和压电陶瓷驱动器3-2，进而顶住驱 动转板2-2，其它与具体实施方式四相同。 0015 具体实施方式六：结合图1、图6和图7说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装 置，驱动弹性台2-1上端面的两个对角处分别设有凹槽2-6，凹槽2-6内设有通孔2-7，基台 3-1的两个对角处设有第二螺纹3-8，其它与具体实施方式一相同。 0016 具体实施方式七：结合图1、图6和图7说明本实施方式。
22、，一种粘滑式旋转定位装 置，所述装置还包括两个第一固定螺栓2-3，第一固定螺栓2-3穿过通孔2-7固定在第二螺 纹3-8内，通过第一固定螺栓2-3将驱动弹性台2-1和基台3-1固定在一起，其它与具体实 施方式六相同。 0017 具体实施方式八：结合图3、图10和图11说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位 装置，所述槽口2-1-5的两侧板上相对加工有通孔2-1-6，竖直板2-2-2上加工有第三螺纹 孔2-2-3，其它与具体实施方式一相同。 0018 具体实施方式九：结合图3、图9、图10、图11和图13说明本实施方式，一种粘滑 式旋转定位装置，所述装置还包括第二固定螺栓2-4，第二固定螺栓2-4通。
23、过通孔2-1-6安 装在第三螺纹孔2-2-3内，通过第二固定螺栓2-4将驱动转板2-2和叉形结构2-1-4紧密 固定在一起，其它与具体实施方式八相同。 0019 工作原理 0020 工作时，将预紧螺钉3-4安装在基台3-1内，通过挤压预紧板3-3使压电陶瓷驱动 器3-2紧贴于驱动转板2-2上。装置安装调试完成后，将一定的承载物置于旋转单元1的 上端面，通过控制压电陶瓷驱动器3-2的运动方式，即输入不同的锯齿波信号，压电陶瓷驱 说 明 书CN 103011069 A 4/4页 7 动器3-2将输出周期性步进直线位移，压电陶瓷驱动器3-2推动驱动转板2-2发生周期性 步进旋转，此时驱动弹性台2-1。
24、上的柔性铰链2-1-1和旋转轴2-1-2跟随驱动转板2-2共 同进行步进旋转，旋转单元1利用与旋转轴2-1-2间的摩擦力为静摩擦力时，两物体不发生 相对位移发生连续旋转，当摩擦力为动摩擦力时，两物体发生相对位移，通过运动实现旋转 单元1的旋转定位，进而实现物体的纳米级精密定位。 说 明 书CN 103011069 A 1/6页 8 图1 说 明 书 附 图CN 103011069 A 2/6页 9 图2 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 103011069 A 3/6页 10 图6 图7 说 明 书 附 图CN 103011069 A 10 4/6页 11 图8 说 明 书 附 图CN 103011069 A 11 5/6页 12 图9 图10 图11 说 明 书 附 图CN 103011069 A 12 6/6页 13 图12 图13 说 明 书 附 图CN 103011069 A 13 。