[發(fā)明專利]一種驅(qū)動(dòng)力解耦的三自由度大行程微定位平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710706166.9
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN107464586B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍至琛;王福軍;梁存滿;田延嶺;張大衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G12B9/10
• 分類號(hào): G12B9/10;G12B5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程小艷

本發(fā)明公開一種驅(qū)動(dòng)力解耦的三自由度大行程微定位平臺(tái)，包括微動(dòng)平臺(tái)基體，所述微動(dòng)平臺(tái)基體從下至上依次包括底板、中間部分以及頂層部分，所述中間部分的中央設(shè)置有兩個(gè)傳遞梁：傳遞梁Ⅰ用于連接所述中間部分以及頂層部分的Y向兩端的柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)，傳遞梁Ⅱ用于連接所述中間部分以及頂層部分的X向兩端的柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)；所述頂層部分由外至內(nèi)依次設(shè)置有柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)、動(dòng)平臺(tái)以及輸出平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)中央設(shè)置有輸出平臺(tái)，所述輸出平臺(tái)兩端分別通過桿杠放大機(jī)構(gòu)連接有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明柔性梁連接動(dòng)平臺(tái)的兩個(gè)解耦部分，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)力的平均分配及解耦；采用兩個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在XY平面內(nèi)高精度、大行程的運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微定位平臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種驅(qū)動(dòng)力解耦的三自由度大行程微定位平臺(tái)，特別是涉及一種基于音圈電機(jī)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的三自由度大行程、高精度、驅(qū)動(dòng)力解耦的柔性微定位平臺(tái)，應(yīng)用于微電子制造、生物醫(yī)療工程、光學(xué)微裝配及超精密加工等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著微電子制造、生物醫(yī)療工程、光學(xué)微裝配及超精密加工等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)ξ⒍ㄎ黄脚_(tái)也提出了更高的要求。目前的微定位平臺(tái)技術(shù)已經(jīng)取得了很大發(fā)展，但在響應(yīng)速度、穩(wěn)定性以及定位精度方面仍有較大提升空間，同時(shí)對(duì)多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)也有著更為迫切的需求。

傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)通常采用運(yùn)動(dòng)副連接，由組合裝配的方式構(gòu)成，存在摩擦、需潤(rùn)滑、空回特性等缺點(diǎn)?，F(xiàn)有的微定位平臺(tái)廣泛采用柔性鉸鏈構(gòu)件，利用桿件薄弱部分的可復(fù)位彈性形變來傳遞運(yùn)動(dòng)、力和能量，具有無機(jī)械摩擦、無間隙、無需潤(rùn)滑、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)小范圍的精確角變形，同時(shí)搭配目前廣泛采用的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)串聯(lián)構(gòu)型的誤差累積嚴(yán)重、承載能力低、響應(yīng)能力低等缺點(diǎn)，在小行程的精密定位平臺(tái)技術(shù)方面已經(jīng)取得了重大突破。

然而現(xiàn)有的以音圈電機(jī)或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作驅(qū)動(dòng)元件、柔性鉸鏈并聯(lián)機(jī)構(gòu)作支撐導(dǎo)軌的微定位平臺(tái)仍然存在行程過小、體積較大，且由于驅(qū)動(dòng)力分布和結(jié)構(gòu)的限制在不同的運(yùn)動(dòng)方向間存在一定的耦合作用，嚴(yán)重影響了定位平臺(tái)性能的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決背景技術(shù)中存在的問題而提供一種基于音圈電機(jī)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力解耦的大行程、高精度的三自由度微定位平臺(tái)。采用對(duì)稱布置的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較大的工作行程；通過底層布置的梁型結(jié)構(gòu)和頂層布置的柔性鉸鏈約束結(jié)構(gòu)，減少了驅(qū)動(dòng)力對(duì)無關(guān)方向運(yùn)動(dòng)的影響，提高了平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度；在頂層結(jié)構(gòu)的中間通過對(duì)稱布置的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)繞垂直于XY平面中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)。該定位平臺(tái)具有行程較大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力解耦的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種驅(qū)動(dòng)力解耦的三自由度大行程微定位平臺(tái),包括微動(dòng)平臺(tái)基體，所述微動(dòng)平臺(tái)基體從下至上依次包括底板、中間部分以及頂層部分；

所述底板的四個(gè)頂角上均布置有凸臺(tái)，用于支撐所述頂層部分，相鄰的兩個(gè)所述凸臺(tái)之間連接有平行板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述平行板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的中部設(shè)置有中央凸臺(tái)，在所述底板的X向和Y向一端的中央凸臺(tái)處分別布置一個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

所述頂層部分由外至內(nèi)依次設(shè)置有柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)、動(dòng)平臺(tái)以及輸出平臺(tái)，所述柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)由一個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱軸方向布置的直角板簧片式柔性鉸鏈和兩個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱軸方向?qū)ΨQ布置的直角板簧片式柔性鉸鏈構(gòu)成，兩個(gè)沿所述動(dòng)平臺(tái)對(duì)稱軸方向?qū)ΨQ布置的直角板簧片式柔性鉸鏈的兩端連接所述凸臺(tái)，中間連接傳動(dòng)構(gòu)件，所述傳動(dòng)構(gòu)件與所述平行板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連為一體；

所述動(dòng)平臺(tái)中央設(shè)置有輸出平臺(tái)，所述輸出平臺(tái)兩端分別通過桿杠放大機(jī)構(gòu)連接有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；

所述中間部分的中央設(shè)置有兩個(gè)傳遞梁，其中傳遞梁Ⅰ用于連接所述中間部分以及頂層部分的Y向兩端的柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)，其中傳遞梁Ⅱ用于連接所述中間部分以及頂層部分的X向兩端的柔性鉸鏈變形結(jié)構(gòu)。