23、直线连杆机构与二维定位平台设计及手指康复设备研究

直线连杆机构与二维定位平台设计及手指康复设备研究

直线连杆机构的特点与应用

直线连杆机构在机械设计中有着广泛的应用，但也存在一定的缺点。其直线输出运动与输出点相关，且该点还会存在旋转问题。为了减少这种旋转，可添加平行四边形结构，如在某些微夹爪设计中，采用Scott - Russell机构能在手指较大行程内实现近乎直线的平行钳口运动。

基于Scott - Russell直线机构的纳米定位机构，通常只有一个用于操作任务的移动轴。若要改变直线运动范围或力的大小，需使用特定的机械减速器或放大器。

基于Robert机构的二维定位平台，每个轴的工作范围大于12mm，且定位平台的寄生运动相对于输入运动小于1.7%。

James Watt发明的由三根杆组成的最简单直线连杆机构，三根杆通过转动关节连接，两个外侧杆长度相等且固定，较长杆的自由端由中间杆连接，中间杆的中点近似做直线运动。不过，由于该中点在运动过程中会旋转，且添加平行四边形来减少旋转存在问题，所以该机构在紧凑型柔顺装置设计中不常使用，但在二维定位平台中有应用实例。

二维定位平台的设计

柔顺X - Y机构是许多定位和传感设备的基础。设计的重要条件之一是最小化寄生偏转，理想情况下，输入运动与端板运动的关系应呈现为对角变换矩阵。

以设计一个X - Y微定位台的平面机构为例，该机构需在±0.5mm的位移范围内工作，频率可达每秒一百个运动周期，外部尺寸约为20×20mm。采用3D打印技术制作模型或原型，考虑到3D打印的技术可能性，对于直径为0.25mm的喷嘴，建议铰链的最小弯曲厚度为0.5mm，材料选用聚酰胺PA2200，其杨氏模量E = 1650MPa，屈服抗拉