[發明專利]20桿二維無耦合微位移工作臺

無效

• 申請號: 201210152258.4
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102664047A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 沈健;陳東;張海巖
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，涉及一種無耦合運動的柔性鉸鏈工作臺，具體是一種基于電致伸縮器件和雙層柔性鉸鏈對稱結構的二維無耦合運動微位移工作臺。

背景技術

微位移技術是精密機械與精密儀器的關鍵技術之一,?近年來隨著微電子技術、宇航、生物工程等學科的發展而迅速地發展起來。微位移工作臺在微機電系統、掃描探測顯微鏡、超精密加工、光學元件制造以及生物醫學工程等領域有廣泛的應用，具有納米級精度的微位移工作臺是其核心部件。同時二維微位移工作臺是研究三維微位移工作臺的基礎。設計二維微位移工作臺，關鍵是解決運動耦合問題以及運動控制問題，即二個方向的驅動運動能各自獨立且能精確定位。目前大多數二維微位移工作臺采用一維運動的垂直疊加或者以串聯嵌套式結構來實現二維運動，但是這種微位移工作臺結構復雜、體積龐大，不便于工作臺的微型化，而且會產生累積誤差影響工作臺的精度。同時現有二維微位移工作臺未考慮結構剛度對微位移系統行程及運動精度的影響。因此，為克服以上缺點，研制具有高精度、無耦合、定位精確、剛度適用的對稱整體式二維微位移工作臺對于實際應用具有較大的意義。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種20桿二維無耦合微位移工作臺，采用雙層柔性鉸鏈桿對稱結構設計，依靠外層柔性鉸鏈桿與內層柔性鉸鏈桿的無耦合運動特性、剛度特性、工作臺整體無裝配結構特性，以及電致伸縮器件不隨工作臺移動特性，實現獨立、無耦合的二維運動，同時保證了運動定位的精確性。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

20桿二維無耦合微位移工作臺包括基板1，基板1中部設有貫通的空腔，所述空腔中部設有工作臺6，工作臺6的周邊分別均布連接著四根內層柔性鉸鏈桿5的一端，每根內層柔性鉸鏈桿5的另一端連接著驅動支座3的內端，且其中兩根內層柔性鉸鏈桿5沿X方向對稱分布，另兩根內層柔性鉸鏈桿5沿Y方向對稱分布；每個驅動支座3的兩側分別連接著兩根并列的外層柔性鉸鏈桿2的一端，兩根并列的外層柔性鉸鏈桿2組成外層柔性鉸鏈桿組，每組的外層柔性鉸鏈桿2的另一端分別連接著基板1上空腔的側壁，每個驅動支座3兩側的外層柔性鉸鏈桿組在同一直線上，且垂直于驅動支座3內端的內層柔性鉸鏈桿5；與每個驅動支座3外端對應的所述空腔的側壁上分別設有凹槽7，所述空腔的側壁上共有四個凹槽7，其中相鄰的兩個凹槽7內分別設有電致伸縮器件4，電致伸縮器件4的一端與驅動支座3的外端接觸，另一端與凹槽7的側壁接觸。

所述工作臺6為正方形板狀，每一側面中部分別連接著一根內層柔性鉸鏈桿5的一端。

所述驅動支座3為矩形板狀，其內側面與內層柔性鉸鏈桿5的另一端連接，兩側面分別連接著外層柔性鉸鏈桿2的一端，外側面與所述空腔的凹槽7對應。

所述電致伸縮器件4型號為PAS005或PAS020，行程20μm；或者型號為PAS009、或PAS040，行程40μm。

與已有技術相比，本發明的有益技術效果體現在以下方面：

1、本發明工作臺采用20根柔性鉸鏈桿形成雙層柔性鉸鏈桿對稱一體化結構，依靠外層柔性鉸鏈桿與內層柔性鉸鏈桿的無耦合運動特性、剛度特性、工作臺整體無裝配結構特性，可消除耦合運動，提高精度，具有無間隙、無摩擦、靈敏度高的特點，同時由于連接基板和驅動支座的外層柔性鉸鏈桿每一組由4根相互平行的柔性鉸鏈桿構成，因此外層剛度較好，因而適用于小行程、輕載的微位移系統；

2、本發明工作臺以電致伸縮器件作為驅動元件，電致伸縮器件不隨工作臺移動，可實現一維或者二維無耦合微位移運動，輸出位移與輸入位移成線性關系。由于兩個方向的運動之間無耦合，相互獨立，且電致伸縮器件不隨工作臺運動，從而提高了工作臺的定位精度，便于控制；

3、本發明工作臺整體可采用線切割加工方法一次切割完成，無裝配元件，消除了由于裝配而產生的誤差，具有較高的精度；

4、本發明工作臺結構緊湊，便于微型化。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為X、Y方向機構變形示意簡圖。

上圖中序號：基板1、外層柔性鉸鏈桿2、驅動支座3、電致伸縮器件4、內層柔性鉸鏈桿5、工作臺6、凹槽7。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例對本發明做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。