一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)，包括基座和設(shè)置在其內(nèi)部的動(dòng)平臺(tái)，所述基座和所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)三個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)的周向均布的鉸鏈放大機(jī)構(gòu)和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接；每個(gè)鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的一端與基座柔性連接，另一端和動(dòng)平臺(tái)柔性連接，中部設(shè)有一輸入端，輸入端與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；每個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括相互平行的8塊柔性板和沿動(dòng)平臺(tái)周向布置的4塊剛體塊；三個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和三個(gè)所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器間隔均布在所述動(dòng)平臺(tái)的周向上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；輸出位移較大，軸向剛度較高；可作為納米微操作系統(tǒng)的輔助定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給和精密定位。
【專利說(shuō)明】一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納米【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種可應(yīng)用于微操作系統(tǒng)的兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)三自由度柔性精密定位工作平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，在超精密加工、微電子工程、生物工程、納米技術(shù)等領(lǐng)域都迫切需要亞微米級(jí)甚至納米級(jí)的精密定位技術(shù)。最典型的應(yīng)用在于納米器件的制造生產(chǎn)。納米器件包括納米電子器件和納米光電器件，可廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、光學(xué)、微機(jī)械裝置、新型計(jì)算機(jī)等，是當(dāng)今新材料與新器件研究領(lǐng)域中最富有活力的研究領(lǐng)域，也是元器件小型化、智能化、高集成化等的主流發(fā)展方向。納米器件由于具有潛在的巨大市場(chǎng)和國(guó)防價(jià)值，使得其設(shè)計(jì)和制造的方法、途徑、工藝等成為眾多科學(xué)家、政府和大型企業(yè)研究和投資的熱點(diǎn)。所以大力發(fā)展精密定位技術(shù)是大勢(shì)所趨，是創(chuàng)新科技進(jìn)步的具體體現(xiàn)。
[0003]但是，目前微納米級(jí)精密定位平臺(tái)主要以兩自由度平動(dòng)居多，即使設(shè)計(jì)的三自由度精密定位平臺(tái)，也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、行程小、軸向承載能力較低等缺陷，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、行程較大、軸向承載能力較高的一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)。
[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)，包括基座和設(shè)置在其內(nèi)部的動(dòng)平臺(tái)，所述基座和所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)三個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)的周向均布的鉸鏈放大機(jī)構(gòu)和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接；每個(gè)所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的一端與所述基座柔性連接，另一端和所述動(dòng)平臺(tái)柔性連接，中部設(shè)有一輸入端，鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的輸入端通過(guò)柔性鉸鏈和球型接頭與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝在所述基座上，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器沿所述動(dòng)平臺(tái)的徑向設(shè)置，在所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出端上固接有所述球型接頭，所述球型接頭與所述柔性鉸鏈相切接觸，所述柔性鉸鏈固定在所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的輸入端上；每個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括相互平行的8塊柔性板和沿動(dòng)平臺(tái)周向布置的4塊剛體塊，4塊所述剛體塊由第一剛體塊、第二剛體塊、第三剛體塊和第四剛體塊組成，其中所述第三剛體塊和所述第四剛體塊距離所述動(dòng)平臺(tái)最近，且二者位于同一圓周上，所述第一剛體塊距離所述動(dòng)平臺(tái)最遠(yuǎn)，所述第二剛體塊位于所述第一剛體塊與所述第三剛體塊和所述第四剛體之間；8塊所述柔性板以所述動(dòng)平臺(tái)的徑向?yàn)閷?duì)稱軸對(duì)稱布置，8塊所述柔性板包括2塊中間板和2塊側(cè)板，在對(duì)稱軸同側(cè)的所述中間板和所述側(cè)板之間設(shè)有2塊所述柔性板，一塊是靠近所述側(cè)板的第二邊板，另一塊是靠近所述中間板的第一邊板，2塊所述中間板的內(nèi)端均與所述動(dòng)平臺(tái)連接，2塊所述中間板的外端均與所述第二剛體塊連接，所述第一邊板和所述第二邊板的內(nèi)端通過(guò)所述第三剛體塊連接，所述第一邊板的外端與所述第二剛體塊連接，所述第二邊板的外端與所述第一剛體塊連接，所述側(cè)板的內(nèi)端與所述基座連接，所述側(cè)板的外端與所述第一剛體塊連接；三個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和三個(gè)所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器間隔均布在所述動(dòng)平臺(tái)的周向上。
[0006]所述動(dòng)平臺(tái)為圓盤形。
[0007]在所述基座上設(shè)有定位孔。
[0008]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過(guò)采用將圓盤形動(dòng)平臺(tái)設(shè)置在基座內(nèi)部，且將二者通過(guò)間隔均勻設(shè)置的三個(gè)鉸鏈放大機(jī)構(gòu)和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接在一起，并在鉸鏈放大機(jī)構(gòu)上設(shè)置輸入端的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊；利用鉸鏈放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移放大和力的傳遞，使得復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)發(fā)生彈性變形，從而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微納米位移的輸出，輸出位移較大，軸向剛度較高；可作為納米微操作系統(tǒng)的輔助定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給和精密定位。為納米器件的制造生產(chǎn)提供了有效的輔助手段，具有非常重要的應(yīng)用意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的主視圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的立體圖；
[0011]圖3為本發(fā)明的復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1 一預(yù)緊螺栓，2—壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，3—球型接頭，4一柔性鉸鏈，5—鉸鏈放大機(jī)構(gòu)，6—定位孔，7一動(dòng)平臺(tái)，8一復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，8_1、第一剛體塊，8_2、第二剛體塊，8-3、第三剛體塊,8-4、第四剛體塊,8-5、中間板,8-6、第一邊板,8-7、第二邊板，8-8、側(cè)板，9一基座。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0014]請(qǐng)參閱圖1?圖3，一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)，包括基座9和設(shè)置在其內(nèi)部的動(dòng)平臺(tái)7，所述基座9和所述動(dòng)平臺(tái)7通過(guò)三個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)的周向均布的鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)8連接。
[0015]每個(gè)所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5的一端與所述基座5柔性連接，另一端和所述動(dòng)平臺(tái)7柔性連接，中部設(shè)有一輸入端，鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的輸入端通過(guò)柔性鉸鏈4和球型接頭3與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2連接，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2安裝在所述基座9上，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2沿所述動(dòng)平臺(tái)7的徑向設(shè)置，在所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2的輸出端上固接有所述球型接頭3，所述球型接頭3與所述柔性鉸鏈4相切接觸，所述柔性鉸鏈4固定在所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5的輸入端上。
[0016]每個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)8包括相互平行的8塊柔性板和沿動(dòng)平臺(tái)7周向布置的4塊剛體塊，4塊所述剛體塊由第一剛體塊8-1、第二剛體塊8-2、第三剛體塊8-3和第四剛體塊8-4組成，其中所述第三剛體塊8-3和所述第四剛體塊8-4距離所述動(dòng)平臺(tái)7最近，且所述第三剛體塊8-3和所述第四剛體塊8-4位于同一圓周上，所述第一剛體塊8-1距離所述動(dòng)平臺(tái)7最遠(yuǎn)，所述第二剛體塊8-2位于所述第一剛體塊8-1與所述第三剛體塊8-3和所述第四剛體8-4之間；8塊所述柔性板以所述動(dòng)平臺(tái)7的徑向?yàn)閷?duì)稱軸對(duì)稱布置，8塊所述柔性板包括2塊中間板8-5和2塊側(cè)板8-8，在對(duì)稱軸同側(cè)的所述中間板8_5和所述側(cè)板8-8之間設(shè)有2塊所述柔性板，一塊是靠近所述側(cè)板8-8的第二邊板8-7，另一塊是靠近所述中間板8-5的第一邊板8-6，2塊所述中間板8-5的內(nèi)端均與所述動(dòng)平臺(tái)7連接，2塊所述中間板8-5的外端均與所述第二剛體塊8-2連接，所述第一邊板8-6和所述第二邊板8-7的內(nèi)端通過(guò)所述第三剛體塊8-3連接，所述第一邊板8-6的外端與所述第二剛體塊8-2連接，所述第二邊板8-7的外端與所述第一剛體塊8-1連接，所述側(cè)板8-8的內(nèi)端與所述基座9連接，所述側(cè)板8-8的外端與所述第一剛體塊8-1連接。
[0017]三個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)8和三個(gè)所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2間隔均布在所述動(dòng)平臺(tái)7的周向上。
[0018]為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述動(dòng)平臺(tái)7最好采用圓盤形的。
[0019]在本實(shí)施例中，在所述基座9上設(shè)有定位孔6。在所述基座9上以動(dòng)平臺(tái)7的中心為圓心的同一圓周上設(shè)置三個(gè)凹槽，且兩兩夾角分別為120°。三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器I分別安裝在三個(gè)凹槽中，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器I設(shè)有預(yù)緊螺栓3，預(yù)緊螺栓3安裝在基座9上，用于保證壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器I與基座9和鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5不分離，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器I的輸出端通過(guò)螺紋連接球形接頭2，球形接頭頂在柔性鉸鏈4弧形側(cè)壁上，二者相切，以實(shí)現(xiàn)赫茲接觸。鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5是根據(jù)杠桿放大原理設(shè)計(jì)的，兩端分別與基座9和動(dòng)平臺(tái)7實(shí)現(xiàn)柔性連接。在鉸鏈放大機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)有柔性鉸鏈4，與連接在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器I輸出端上的球形接頭2相接觸，實(shí)現(xiàn)傳遞輸入位移和力的過(guò)渡與緩沖作用。
[0020]三個(gè)復(fù)合平行柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)8分別布置在以動(dòng)平臺(tái)7的中心為圓心的同一圓周上，兩兩夾角為120°，且與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2的夾角為60°。動(dòng)平臺(tái)7通過(guò)三個(gè)鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)8與基座9實(shí)現(xiàn)連接，提高了動(dòng)平臺(tái)7軸向承載能力。
[0021]本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的工作過(guò)程:由計(jì)算機(jī)輸出的控制電壓信號(hào)，驅(qū)使壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2按照指定的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)柔性鉸鏈4的過(guò)渡和緩沖，作用在鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5上，使得輸入位移得到放大，通過(guò)克服復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的彈性力，達(dá)到動(dòng)平臺(tái)7產(chǎn)生位移輸出的效果。通過(guò)控制三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2的伸長(zhǎng)量，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)7不同位姿的控制，實(shí)現(xiàn)沿平面兩個(gè)方向的平動(dòng)和繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器2的伸長(zhǎng)量相同時(shí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)7純轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)，其特征在于，包括基座和設(shè)置在其內(nèi)部的動(dòng)平臺(tái)，所述基座和所述動(dòng)平臺(tái)通過(guò)三個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)的周向均布的鉸鏈放大機(jī)構(gòu)和三個(gè)復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接； 每個(gè)所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的一端與所述基座柔性連接，另一端和所述動(dòng)平臺(tái)柔性連接，中部設(shè)有一輸入端，鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的輸入端通過(guò)柔性鉸鏈和球型接頭與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器安裝在所述基座上，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器沿所述動(dòng)平臺(tái)的徑向設(shè)置，在所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出端上固接有所述球型接頭，所述球型接頭與所述柔性鉸鏈相切接觸，所述柔性鉸鏈固定在所述鉸鏈放大機(jī)構(gòu)的輸入端上； 每個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括相互平行的8塊柔性板和沿動(dòng)平臺(tái)周向布置的4塊剛體塊，4塊所述剛體塊由第一剛體塊、第二剛體塊、第三剛體塊和第四剛體塊組成，其中所述第三剛體塊和所述第四剛體塊距離所述動(dòng)平臺(tái)最近，且二者位于同一圓周上，所述第一剛體塊距離所述動(dòng)平臺(tái)最遠(yuǎn)，所述第二剛體塊位于所述第一剛體塊與所述第三剛體塊和所述第四剛體之間；8塊所述柔性板以所述動(dòng)平臺(tái)的徑向?yàn)閷?duì)稱軸對(duì)稱布置，8塊所述柔性板包括2塊中間板和2塊側(cè)板，在對(duì)稱軸同側(cè)的所述中間板和所述側(cè)板之間設(shè)有2塊所述柔性板，一塊是靠近所述側(cè)板的第二邊板，另一塊是靠近所述中間板的第一邊板，2塊所述中間板的內(nèi)端均與所述動(dòng)平臺(tái)連接，2塊所述中間板的外端均與所述第二剛體塊連接，所述第一邊板和所述第二邊板的內(nèi)端通過(guò)所述第三剛體塊連接，所述第一邊板的外端與所述第二剛體塊連接，所述第二邊板的外端與所述第一剛體塊連接，所述側(cè)板的內(nèi)端與所述基座連接，所述側(cè)板的外端與所述第一剛體塊連接； 三個(gè)所述復(fù)合平行板柔性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和三個(gè)所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器間隔均布在所述動(dòng)平臺(tái)的周向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大行程兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述動(dòng)平臺(tái)為圓盤形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，在所述基座上設(shè)有定位孔。
【文檔編號(hào)】G12B5/00GK103714865SQ201410008229
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】蔡坤海, 田延嶺, 張大衛(wèi) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)