專利名稱：一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及定位裝置，尤其是涉及一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng) 器，能實(shí)現(xiàn)宏/微兩級驅(qū)動(dòng)的精密定位平臺。
背景技術(shù)：
在大規(guī)模集成電路、微機(jī)械、航天技術(shù)、計(jì)量科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)與電子工程、 精密工程、生物芯片制造、納米科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域中迫切需要高精度的大范圍 定位技術(shù)。在傳統(tǒng)的高精度定位系統(tǒng)中，大多采用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 器相結(jié)合的宏/微兩級進(jìn)給系統(tǒng)，即以旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行大行 程的宏定位，以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行微小行程的精定位。采用這種結(jié)構(gòu)，不但 使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)易因?yàn)榻z杠的反向間隙及摩擦引入傳動(dòng)誤差，而 且采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精定位存在工作電壓高、驅(qū)動(dòng)功率小、滯后大的不 足。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的大行程精密定位平臺的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供 一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺，該精密定位平臺不僅 能實(shí)現(xiàn)大行程的精密定位，而且能大大提高定位平臺的驅(qū)動(dòng)能力，還能避免由 于絲杠傳動(dòng)摩擦力與反向間隙所產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
它包括平面電機(jī)底座、平面電機(jī)動(dòng)平臺、微運(yùn)動(dòng)平臺底座、X向超磁致伸 縮驅(qū)動(dòng)器、Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、柔性鉸鏈與定位平臺；平面電機(jī)底座固定 在基座上，平面電機(jī)動(dòng)平臺懸浮在平面電機(jī)底座上，微運(yùn)動(dòng)平臺底座固定在平 面電機(jī)動(dòng)平臺上，在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈與定位平臺固定在微 運(yùn)動(dòng)平臺底座上，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的輸出桿相 互垂直分別緊靠在定位平臺的X向側(cè)面與Y向側(cè)面，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器與 Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器分別用支座固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座上。
所述的在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈與定位平臺，柔性鉸鏈為直 角鉸鏈，且在定位平臺的X、 Y兩個(gè)側(cè)面上分別加工出半圓槽，X向超磁致伸縮 驅(qū)動(dòng)器與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的輸出桿安置在半圓槽上，便于緊靠在定位平 臺相應(yīng)的側(cè)面上。所述的X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)相同，均包括 端蓋、殼體、超磁致伸縮材料、輸出桿、螺帽、預(yù)壓彈簧、激勵(lì)線圈和心線圈 骨架；超磁致伸縮材料置于空心線圈骨架中，激勵(lì)線圈繞在空心線圈骨架外， 并安裝在殼體內(nèi)，超磁致伸縮材料的一端由固定在殼體的端蓋頂緊，超磁致伸 縮材料的另一端由輸出桿的一端面頂緊，輸出桿的另一端伸入預(yù)壓彈簧中，擰 緊螺帽，通過預(yù)壓彈簧將輸出桿固定在殼體中。
本實(shí)用新型具有的有益效果是能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)，在小范圍內(nèi)實(shí) 現(xiàn)高精度的位置調(diào)整；產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大，可用于有較大負(fù)載的場合；因?yàn)槠矫?電機(jī)采用的是磁懸浮結(jié)構(gòu)，超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的是與柔性鉸鏈一體加工 的定位平臺，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)避免了摩擦力的影響；平面電機(jī)實(shí)現(xiàn)宏運(yùn)動(dòng)的最大 速度可達(dá)500mm/s，重復(fù)定位精度為6Mm;超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)微運(yùn)動(dòng)的最 大驅(qū)動(dòng)力為400N，最大伸長量為8Mm，重復(fù)定位精度達(dá)40nm。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖2是圖1的A—A剖視圖。 圖3是柔性鉸鏈與定位平臺的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖4是圖3的A向視圖。 圖5是圖3的I-I放大圖。 圖6是超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖中l(wèi).平面電機(jī)底座，2.平面電機(jī)動(dòng)平臺，3.微運(yùn)動(dòng)平臺底座，4.X向超磁 致伸縮驅(qū)動(dòng)器，5. —號支座，5，.二號支座，5".三號支座，6.Y向超磁致伸縮驅(qū) 動(dòng)器，7.四號支座，7'.五號支座，7".六號支座，8.柔性鉸鏈，9.定位平臺， IO.直角槽，IO'.直角槽，ll.端蓋，12.殼體，13.超磁致伸縮材料，14.輸出桿， 15.螺帽，16.預(yù)壓彈簧，17.激勵(lì)線圈，18.空心線圈骨架。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)用新型包括平面電機(jī)底座1、平面電 機(jī)動(dòng)平臺2、微運(yùn)動(dòng)平臺底座3、 X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器4、 Y向超磁致伸縮驅(qū) 動(dòng)器6、柔性鉸鏈8與定位平臺9;平面電機(jī)底座1固定在基座上，平面電機(jī)動(dòng) 平臺2懸浮在平面電機(jī)底座1上，微運(yùn)動(dòng)平臺底座3固定在平面電機(jī)動(dòng)平臺2 上，在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈8與定位平臺9采用定位銷與螺釘 固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座3上，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器4與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器6的輸出桿相互垂直分別緊靠在定位平臺9的X向側(cè)面與Y向側(cè)面，X向超 磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器4采用一號支座5、 二號支座5'、三號支座5"固定在微運(yùn)動(dòng)平 臺底座3上，Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器6采用四號支座7、五號支座7'、六號支座 7"固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座3上。
如圖3、圖5所示，所述的在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈8與定位 平臺9，通過切削直角鉸鏈槽IO、 10，，在定位平臺9的四個(gè)角上加工出能在X、 Y方向上產(chǎn)生微小位移的柔性鉸鏈8，在定位平臺9的X、 Y兩個(gè)側(cè)面上分別加 工出半圓槽，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器4與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器6的輸出桿安 置在半圓槽上，便于緊靠在定位平臺9相應(yīng)的側(cè)面上。當(dāng)X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng) 器4與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器6伸長時(shí)，由柔性鉸鏈8帶動(dòng)定位平臺9實(shí)現(xiàn)微 小位移。
如圖6所示，所述的X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器4和Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器6 結(jié)構(gòu)相同，均包括端蓋ll、殼體12、超磁致伸縮材料13、輸出桿14、螺帽15、 預(yù)壓彈簧16、激勵(lì)線圈17和心線圈骨架18;超磁致伸縮材料13置于空心線圈 骨架18中，激勵(lì)線圈17繞在空心線圈骨架18外，并安裝在殼體12內(nèi)，超磁 致伸縮材料13的一端由固定在殼體12的端蓋11頂緊，超磁致伸縮材料13的 另一端由輸出桿14的一端面頂緊，輸出桿14的另一端伸入預(yù)壓彈簧16中，擰 緊螺帽15，通過預(yù)壓彈簧16將輸出桿14固定在殼體12中。
本實(shí)用新型的工作原理如下
將安裝有超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器、柔性性鉸鏈及定位平臺的微運(yùn)動(dòng)平臺固定 在平面電機(jī)的動(dòng)平臺上；大行程的宏運(yùn)動(dòng)采用平面電機(jī)實(shí)現(xiàn)，微運(yùn)動(dòng)采用超磁 致伸縮微驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)；當(dāng)平面電機(jī)產(chǎn)生的宏運(yùn)動(dòng)快速接近預(yù)定位置并進(jìn)入超磁 致伸縮微驅(qū)動(dòng)器的微行程范圍內(nèi)后，由超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)柔性鉸鏈，通 過柔性鉸鏈的微小變形來實(shí)現(xiàn)定位平臺的微運(yùn)動(dòng)，并最終到達(dá)預(yù)定位置。
大行程的宏運(yùn)動(dòng)采用平面電機(jī)進(jìn)行大范圍的運(yùn)動(dòng)定位，在接近預(yù)定位置時(shí) 減速，并在進(jìn)入超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器的微行程范圍內(nèi)后要保持靜止?fàn)顟B(tài)，便于 進(jìn)行微運(yùn)動(dòng)的精密定位。
在微小行程的微運(yùn)動(dòng)中，螺帽15、預(yù)壓彈簧16保證超磁致伸縮材料13工作 在受壓的狀態(tài)下，端蓋ll、殼體12用于固定空心線圈骨架18及超磁致伸縮材料 13,并與超磁致伸縮材料13共同形成磁回路，從激勵(lì)線圈17中輸入激勵(lì)電流(已
疊加偏置電流)，產(chǎn)生的磁場使超磁致伸縮材料13發(fā)生伸長或縮短，推動(dòng)柔性鉸 鏈8，使柔性鉸鏈8發(fā)生微小變形，實(shí)現(xiàn)定位平臺9無摩擦的微小行程精密定位。
權(quán)利要求1.一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺，其特征在于它包括平面電機(jī)底座(1)、平面電機(jī)動(dòng)平臺(2)、微運(yùn)動(dòng)平臺底座(3)、X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(4)、Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(6)、柔性鉸鏈(8)與定位平臺(9)；平面電機(jī)底座(1)固定在基座上，平面電機(jī)動(dòng)平臺(2)懸浮在平面電機(jī)底座(1)上，微運(yùn)動(dòng)平臺底座(3)固定在平面電機(jī)動(dòng)平臺(2)上，在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈(8)與定位平臺(9)固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座(3)上，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(4)與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(6)的輸出桿相互垂直分別緊靠在定位平臺(9)的X向側(cè)面與Y向側(cè)面，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(4)與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(6)分別用支座固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座(3)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺，其特征在于所述的在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈(8)與定位平臺(9)，柔性鉸鏈(8)為直角鉸鏈，且在定位平臺(9)的X、 Y兩個(gè)側(cè)面 上分別加工出半圓槽，X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(4)與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(6) 的輸出桿安置在半圓槽上，便于緊靠在定位平臺(9)相應(yīng)的側(cè)面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定 位平臺，其特征在于所述的X向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器(4)和Y向超磁致伸縮 驅(qū)動(dòng)器(6)結(jié)構(gòu)相同，均包括端蓋(11)、殼體(12)、超磁致伸縮材料(13)、 輸出桿(14)、螺帽(15)、預(yù)壓彈簧(16)、激勵(lì)線圈(17)和心線圈骨架(18); 超磁致伸縮材料(13)置于空心線圈骨架(18)中，激勵(lì)線圈(17)繞在空心 線圈骨架(18)夕卜，并安裝在殼體(12)內(nèi)，超磁致伸縮材料(13)的一端由 固定在殼體(12)的端蓋(11)頂緊，超磁致伸縮材料(13)的另一端由輸出 桿(14)的一端面頂緊，輸出桿(14)的另一端伸入預(yù)壓彈簧(16)中，擰緊 螺帽(15)，通過預(yù)壓彈簧(16)將輸出桿(14)固定在殼體(12)中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于平面電機(jī)與超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的精密定位平臺。將平面電機(jī)底座固定在基座上，平面電機(jī)動(dòng)平臺懸浮在平面電機(jī)底座上，微運(yùn)動(dòng)平臺底座固定在平面電機(jī)動(dòng)平臺上，在同一塊材料一體加工出來的柔性鉸鏈與定位平臺固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座上，X向與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的輸出桿相互垂直分別緊靠在定位平臺的X向與Y向側(cè)面，X向與Y向超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器支座分別固定在微運(yùn)動(dòng)平臺底座上。本實(shí)用新型能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)，在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的位置調(diào)整；產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大，可用于有較大負(fù)載的場合；平面電機(jī)采用的是懸浮結(jié)構(gòu)，超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的是與柔性鉸鏈一體加工的定位平臺，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)避免了摩擦力的影響。
文檔編號G12B5/00GK201000769SQ200720105428
公開日2008年1月2日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者李欣欣, 文 王, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)