[發明專利]一種二自由度微納定位平臺及應用

有效

• 申請號: 201710832950.4
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107547004B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 閆鵬;汪越
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/04;H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 任歡

本發明公開了一種二自由度微納定位平臺及應用，它解決了現有技術中微納定位平臺行程小，定位精度低的問題，具有行程大，分辨率高，壓電疊堆預緊力可調的有益效果，其方案如下：一種二自由度微納定位平臺，包括：粘滑驅動器，包括框體，框體內設置扭轉單元，扭轉單元包括粘滑圓軸，粘滑圓軸兩側通過扭轉件與框體連接，粘滑圓軸另兩側分別連接到一扭轉支架，每一扭轉支架一側設置帶調壓件的致動單元，另一側設置粘滑壓電疊堆，兩處粘滑壓電疊堆對角設置，圍繞粘滑圓軸設有摩擦單元；直動式驅動器，設于摩擦單元的頂部。

技術領域

本發明涉及一種基于粘滑驅動原理和直動式驅動原理的微納定位平臺，特別是涉及一種二自由度微納定位平臺及應用。

背景技術

隨著現代科學技術的發展,人類的研究領域擴展到微觀世界，微電子學、生命科學、醫藥衛生、生物化學、半導體、光學、數據存儲、超精密機械及其制造以及精密測量等學科,人們對納米級的精密定位技術有著越來越多的需求。而體積小，行程大且具有納米級定位精度的定位平臺是微納技術的核心裝置，而在粘滑旋轉裝置的基礎上利用直動式驅動器的高精度，高分辨率特點構建的一種二自由度微納定位平臺可以更好的應用于對量程，精度，分辨率有更高要求的場合。目前現有旋轉定位裝置大多只能旋轉一定角度而不能達到360°正反向旋轉，且使用的柔性鉸鏈無法調節剛度，不能很好的對壓電疊堆進行預緊，因此具有高精度、大行程、剛度可調和預緊力可調等優點的粘滑式微納定位平臺是當前旋轉定位裝置的主要研究方向，具有重要的理論意義和工程實用價值。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種二自由度微納定位平臺，定位平臺具有兩個自由度，可以繞Z軸360°旋轉和沿Z軸方向平行移動，具有行程大，分辨率高，壓電疊堆預緊力可調，柔性鉸鏈剛度可調，機構定位誤差小等優點。

一種二自由度微納定位平臺的具體方案如下：

一種二自由度微納定位平臺，包括：

粘滑驅動器，包括框體，框體內設置扭轉單元，扭轉單元包括粘滑圓軸，粘滑圓軸兩側通過扭轉件與框體連接，粘滑圓軸另兩側分別連接到一扭轉支架，每一扭轉支架一側設置帶調壓件的致動單元，另一側設置粘滑壓電疊堆，兩處粘滑壓電疊堆對角設置，圍繞粘滑圓軸設有摩擦單元；

直動式驅動器，設于摩擦單元的頂部。

上述定位平臺中，在對粘滑驅動器施加設定周期性電壓后，就可以實現步進式運動，通過扭轉件與調壓件配合，通過對調節件的剛度與扭轉件的剛度，可以使柔性變形機構在不同剛度要求下均能很好的使用，提高了粘滑驅動器的響應速度，減少了電壓突變時震動現象的產生。

所述直動式驅動器包括垂直柔性鉸鏈，垂直柔性鉸鏈設于圓環內，圓環上部設置豎直端蓋，豎直端蓋內設有與垂直柔性鉸鏈接觸的豎直壓電疊堆，通過該直動式驅動器的設置，這樣既減少了裝配的難度又提高了驅動器的分辨率，這種行程適宜，精度和分辨率更高的直動式驅動器更適用于顯微操作環境下，垂直柔性鉸鏈通過螺釘與粘滑圓臺上表面固連，它由三組呈120°分布的柔性板簧組成。

而且，在圓環中心設置三角平臺，三角平臺的三個端部分別與垂直柔性鉸鏈單獨連接。

所述豎直端蓋內部中空，豎直端蓋頂部設置工作平臺，豎直端蓋設有三個通孔，通孔內用于設置豎直壓電疊堆，豎直壓電疊堆端部設置壓力半球以與垂直柔性鉸鏈接觸，端部加工有預緊鉸鏈用以對豎直壓電疊堆進行預緊。

所述摩擦單元包括粘滑圓臺，粘滑圓臺開有帶滑槽的粘滑圓孔，滑槽開到粘滑圓臺的側部，粘滑圓臺設有與滑槽相通的圓孔，在圓孔內設有帶粘滑預緊彈簧的粘滑預緊件；

進一步地，在粘滑圓孔內表面鍍有金剛石薄膜，再利用離子束刻蝕法在粘滑圓軸表面刻有凸起，這樣提高了粘滑接觸面的耐磨能力，有效提升粘滑驅動器的驅動效率和負載能力。

所述調壓件為調壓彈簧，彈簧套于穿過所述框體設置的彈簧預緊件。