[發明專利]一種三平行導向式柔性解耦精密定位結構

在審

• 申請號: 201810268982.0
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108461109A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 王福軍;趙效魯;霍至琛;田延嶺;張大衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明涉及一種三平行導向式柔性解耦精密定位結構，包括固定平臺，運動平臺、四個橋式位移放大機構及四個解耦合機架，所述運動平臺安裝在固定平臺的中央，在運動平臺的四周通過柔性鉸鏈對稱安裝四個橋式位移放大機構，在每一橋式位移放大機構的外側均圍繞安裝一解耦合機架，所述解耦合機架分別與橋式位移放大機構及運動平臺通過柔性鉸鏈連接，平行于X向布置的任一所述橋式位移放大機構采用壓電陶瓷驅動器驅動，平行于Y向布置的任一所述橋式放大機構采用壓電陶瓷驅動器驅動。本發明采用基于雙平行四桿機構的橋式位移放大機構，可以增大橫向剛度，進而增大放大倍數；降低該機構對于加工誤差、殘余變形的敏感性。

技術領域

本發明屬于微納米操作領域，涉及壓電驅動柔性精密定位結構，尤其是一種三平行導向式柔性解耦精密定位結構。

背景技術

隨著納米技術的發展，具有高精度、高分辨率的精密定位結構成為了微納領域不可或缺的組成部分，廣泛應用于微型產品組裝、超精密加工和制造、X光刻、掃描電子顯微鏡、共聚焦顯微鏡等要求精細操作的領域。

目前，許多國內外學者對于壓電驅動柔性精密定位結構都做了相關研究。Ellis將并聯機構用于精密定位結構，并應用于生物技術和顯微外科；Kim J J等提出了使用SR放大機構的單自由度精密定位結構；Saskatchewann大學學者研究了3-RRR平面三自由度精密定位結構。在國內，清華大學在公開號為CN104934075A的專利文件中公開了“大行程三維納米柔性運動平臺”，上海交通大學在公開號為CN101286369的專利文件中公開了“X-Y-Z三自由度串聯式納米級微定位工作臺”，天津大學在公開號為CN107068201A、CN101738855A、CN101776851A的專利文件中公開了“單驅動式純轉動微定位平臺”、“二自由度柔性微定位工作臺”、“用于納米壓印光刻系統的三自由度微定位工作臺”。

盡管國內外學者對壓電驅動柔性精密定位結構做了大量的研究，但已有的精密定位結構大多存在剛度不足、沒有完全解耦等問題，而且由于壓電陶瓷的輸出位移很小，通常在幾微米到幾十微米，對精密定位結構的運動范圍考慮不足。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種三平行導向式柔性解耦精密定位結構，該系統具有精度高、剛度大、分辨率高、響應速度快、運動范圍大、制造成本低等特點。

實現本發明目的的技術方案：

一種三平行導向式柔性解耦精密定位結構，該平臺采用板材線切割一體成型，包括固定平臺、在所述固定平臺中央的運動平臺、均布在所述運動平臺周圍的四個基于雙平行四桿機構的橋式位移放大機構和解耦合機架。

所述固定平臺為矩形框結構，在固定平臺的四個角制有四個定位孔；所述固定平臺中央為所述運動平臺，所述運動平臺周圍對稱布置四個所述橋式位移放大機構和四個所述解耦合機架；所述解耦合機架由多個梁和柔性鉸鏈混聯而成；平行于X向布置的任一所述橋式位移放大機構采用壓電陶瓷驅動器I驅動，平行于Y向布置的任一所述橋式放大機構采用壓電陶瓷驅動器II驅動；所述橋式位移放大機構基于雙平行四桿機構，由兩個一般的橋式位移放大機構嵌套并聯而成；所述橋式位移放大機構輸入端與所述壓電陶瓷驅動器接觸，輸出端一端通過所述解耦合機架的所述柔性鉸鏈與所述固定平臺連接，另一端通過所述解耦合機架的所述柔性鉸鏈與所述運動平臺連接，帶動所述運動平臺移動；所述橋式位移放大機構有預緊螺栓，以預緊壓電陶瓷。

本發明的優點和有益效果：

1、本發明采用基于雙平行四桿機構的橋式位移放大機構，可以增大橫向剛度，進而增大放大倍數；降低該機構對于加工誤差、殘余變形的敏感性。

2、本發明橋式位移放大機構能夠放大壓電陶瓷的輸出位移，滿足微定位平臺運動范圍的需求；橋式位移放大機構的輸出位移不存在耦合，且能克服溫度漂移；橋式位移放大機構輸出作用力為拉力，可以有效地防止與輸出位移方向平行的細長柔性鉸鏈受壓失穩。