專利名稱：二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米級位移輸出及定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種利用壓電陶瓷驅(qū)動 的二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)。該平臺機(jī)構(gòu)在兩個一維壓電陶瓷驅(qū)動器的驅(qū)動下，可 以實現(xiàn)二維非耦合的納米級運(yùn)動。
背景技術(shù)：
隨著納米技術(shù)的興起和迅猛發(fā)展，高精度，高分辨率，高可靠性的納米級運(yùn)動平臺 系統(tǒng)在微機(jī)電系統(tǒng)、納米制造技術(shù)、微電子及納米電子技術(shù)、納米生物工程等眾多高科技領(lǐng) 域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用。傳統(tǒng)用于納米級運(yùn)動平臺的機(jī)構(gòu)形式主要有機(jī)械傳動式(如滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo) 軌等)、摩擦傳動式、彈性變形式、壓電元件式等。但普遍存在著位移分辨率低、有間隙或多 維運(yùn)動耦合等問題。因而在研究精確納米操作、加工、裝配技術(shù)上受到了很大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術(shù)問題，為了實現(xiàn)二維非耦合、無間隙納米尺度位移輸出及定 位，本發(fā)明提供一種基于壓電陶瓷驅(qū)動的二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)，包括動平臺及內(nèi)外框架，之間通過柔性導(dǎo) 向連接筋板交錯連接構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，即內(nèi)框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導(dǎo) 向連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板；在動平臺與內(nèi)邊框及內(nèi) 外邊框間的另一對邊框上分別對稱設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器和預(yù)緊驅(qū)動彈簧，壓電陶瓷驅(qū)動器 與外控制器連接。所述的柔性導(dǎo)向連接筋板是由若干個板并列構(gòu)成。所述的壓電陶瓷驅(qū)動器為一維 壓電陶瓷驅(qū)動器。在外加電壓控制下，壓電陶瓷驅(qū)動器和預(yù)緊彈簧會產(chǎn)生伸縮驅(qū)動力，克服柔性導(dǎo) 向連接筋板阻力，推動動平臺或內(nèi)框架運(yùn)動。由于壓電陶瓷驅(qū)動器位移具有納米/亞納米 分辨率，柔性導(dǎo)向連接筋板的導(dǎo)向作用使得動平臺的XY運(yùn)動無耦合，從而通過控制兩個壓 電陶瓷驅(qū)動器的驅(qū)動電壓，實現(xiàn)動平臺XY面內(nèi)的納米級二維非耦合運(yùn)動。本發(fā)明的有益效果1.采用柔性筋板連接方式，無機(jī)械傳動裝置，可實現(xiàn)無間隙運(yùn)動。2.采用壓電陶瓷驅(qū)動，可達(dá)到納米/亞納米驅(qū)動位移分辨率。3.采用分離框架與柔性筋板連接結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)XY運(yùn)動獨立。4.采用壓電陶瓷與預(yù)緊驅(qū)動彈簧組合的驅(qū)動方式，降低了平臺的驅(qū)動控制設(shè)計難 度，提高了平臺整體的可裝配性和可控性。5.采用對稱多柔性筋板作為連接導(dǎo)向裝置，可實現(xiàn)平臺運(yùn)動的平穩(wěn)精確導(dǎo)向，整 體結(jié)構(gòu)簡單緊湊。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中平臺機(jī)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。實施例如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括動平臺3及內(nèi)框架4、外框架6，之間通過柔 性導(dǎo)向連接筋板1交錯連接構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，即內(nèi)框架4的一對稱邊框與動平臺3間連接 有柔性導(dǎo)向連接筋板1，另一對稱邊框與外邊框6間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板；在動平臺3 與內(nèi)邊框4及內(nèi)邊框4與外邊框6間的另一對邊框上分別對稱設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器5和預(yù) 緊驅(qū)動彈簧2，壓電陶瓷驅(qū)動器5與外控制器連接。本例所述的柔性導(dǎo)向連接筋板1是由多個薄片板并列構(gòu)成，在工作中可有微小 變形。壓電陶瓷驅(qū)動器5為一維壓電陶瓷驅(qū)動器，其運(yùn)動時無耦合。外控制器型號為 PVC-300C2 控制器。如圖2所示，本發(fā)明的平臺機(jī)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)采用電火花線切割加工成一體結(jié)構(gòu)。在 動平臺3及內(nèi)框架4、外框架6上安裝壓電陶瓷驅(qū)動器5和預(yù)緊驅(qū)動彈簧2的邊框上開有凹 槽，在凹槽一端部預(yù)留有裝配凸臺7，其大小與所安裝的部件相配合，一維壓電陶瓷驅(qū)動器 5和預(yù)緊驅(qū)動彈簧2分別安裝在動平臺3與內(nèi)框架4、內(nèi)框架4與外框架6之間，固定于所 開凹槽內(nèi)的預(yù)留裝配凸臺7位置。本發(fā)明的工作原理如圖1所示，PVC-300C2控制器的驅(qū)動電壓施加于壓電陶瓷驅(qū) 動器5，產(chǎn)生預(yù)定運(yùn)動方向的運(yùn)動位移，在驅(qū)動電壓增加時，壓電陶瓷驅(qū)動器5伸長，克服柔 性導(dǎo)向連接筋板1以及預(yù)緊驅(qū)動彈簧2的阻力，使得動平臺3產(chǎn)生正向的位移輸出(X、Y軸 方向的運(yùn)動原理相同)；在驅(qū)動電壓減小時，壓電陶瓷驅(qū)動器5收縮，動平臺3在柔性導(dǎo)向 連接筋板1及預(yù)緊驅(qū)動彈簧2的作用下，跟隨壓電陶瓷驅(qū)動器5反向運(yùn)動，使動平臺3產(chǎn)生 反向位移。通過控制XY向的壓電陶瓷驅(qū)動器5的伸長縮短運(yùn)動，可以實現(xiàn)動平臺3ΧΥ面內(nèi) 的納米級二維非耦合運(yùn)動。
權(quán)利要求
一種二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)，其特征在于包括動平臺及內(nèi)外框架，之間通過柔性導(dǎo)向連接筋板交錯連接構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，即內(nèi)框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板；在動平臺與內(nèi)邊框及內(nèi)外邊框間的另一對邊框上分別對稱設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器和預(yù)緊驅(qū)動彈簧，壓電陶瓷驅(qū)動器與外控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的柔性 導(dǎo)向連接筋板是由若干個板并列構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的壓電 陶瓷驅(qū)動器為一維壓電陶瓷驅(qū)動器。
全文摘要
一種二維非耦合納米級運(yùn)動平臺機(jī)構(gòu)，屬于納米級位移輸出及定位技術(shù)領(lǐng)域。包括動平臺及內(nèi)外框架，之間通過柔性導(dǎo)向連接筋板交錯連接構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，即內(nèi)框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導(dǎo)向連接筋板；在動平臺與內(nèi)邊框及內(nèi)外邊框間的另一對邊框上分別對稱設(shè)有壓電陶瓷驅(qū)動器和預(yù)緊驅(qū)動彈簧，壓電陶瓷驅(qū)動器與外控制器連接。本發(fā)明采用分離框架與柔性筋板連接結(jié)構(gòu)，使XY軸向運(yùn)動獨立，實現(xiàn)平臺運(yùn)動的平穩(wěn)精確導(dǎo)向，整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊。壓電陶瓷驅(qū)動器與預(yù)緊驅(qū)動彈簧組合的驅(qū)動方式，可達(dá)到納米/亞納米驅(qū)動位移分辨率，降低平臺的驅(qū)動控制設(shè)計難度，提高了平臺整體的可裝配性和可控性。
文檔編號H02N2/02GK101969276SQ20091001277
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者丁曉輝, 劉柱, 周磊, 董再勵 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所