[發明專利]三維恒力并聯柔性微定位平臺

有效

• 申請號: 201910362620.2
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110010190B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 徐青松;張小智
• 申請（專利權）人: 珠海澳大科技研究院;澳門大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 盧澤明

本發明公開一種三維恒力并聯柔性微定位平臺，其包括主框架以及位于主框架內的力輸入機構、力輸出機構、恒力機構，恒力機構包括并聯板簧機構以及與并聯板簧機構分別連接的X向恒力機構、Y向恒力結構、Z向恒力機構，X向恒力機構、Y向恒力機構、Z向恒力機構之間相互正交，X向恒力機構包括相互串聯的第一負剛度機構和第一板簧柔性結構，Y向恒力機構包括相互串聯的第二負剛度機構和第二板簧柔性結構，Z向恒力機構包括相互串聯的第三負剛度機構和第三板簧柔性結構。本發明采用并聯結構實現運動解耦，使該定位平臺具有三維的XYZ方向三個獨立的自由度，同時利用柔性鉸鏈連接避免了傳統連接的缺點，以實現高精度定位。

【技術領域】

本發明涉及微納精密驅動與定位技術領域，具體的，涉及一種基于柔性機構的三維恒力并聯柔性微定位平臺。

【背景技術】

微定位平臺技術是現代精密工程中的研究與應用熱點。目前，微定位平臺已被廣泛應用于微納米尺度物體的快速抓放操作、高精密制造和組裝、生物細胞顯微注射等領域。由于一維、二維微定位平臺存在自由度少等方面的局限性，多維微定位平臺受到了廣泛關注。

申請號為201810029943.5的中國發明專利申請公開了一種串聯式壓電驅動微納平臺，其三維定向移動是由三個模塊相串聯，采用粘滑運動原理和杠桿放大原理來實現。然而，串聯機構具有慣性大、累計誤差大等缺點。

申請號為201410734788.9的中國發明專利公開了一種并聯式空間三維微位移精密定位裝置，其由壓電陶瓷驅動器經由杠桿放大機構來驅動。然而，它的輸出行程小(低于毫米級)，不適用于大行程應用場合。

申請號為201610231524.0的中國發明專利公開了一種并聯式三自由度微定位平臺，其用于實現大行程(毫米級以上)輸出。由于上述發明采用傳統柔性機構設計方法，需要采用較大的驅動器來實現大行程輸出，增大了平臺的尺寸大小和硬件成本。

此外，為了使用較小驅動器產生大行程輸出，申請號為20161084395.3的中國發明專利申請公開了一種二維恒力微定位平臺，其用于降低驅動力，產生恒力輸出。然而，該發明只實現了二維的恒力微定位運動。

因此，現有三維大行程微定位平臺需要采用體積較大的驅動器來實現大行程輸出，增大了平臺的物理尺寸和硬件成本。另外，現有的恒力微定位平臺只能實現二維平面內的恒力微定位運動。

【發明內容】

本發明的主要目的是提供一種采用板簧式柔性鉸鏈和雙穩態柔性梁相組合并實現恒力輸出的三維恒力并聯柔性微定位平臺。

為了實現上述的主要目的，本發明提供的一種三維恒力并聯柔性微定位平臺，用于在三維空間內的指定方向提供恒力輸出，包括主框架以及位于主框架內的力輸入機構、力輸出機構、用于連接力輸入機構和力輸出機構并傳導作用力的恒力機構，恒力機構包括并聯板簧機構以及與并聯板簧機構分別連接的X向恒力機構、Y向恒力結構、Z向恒力機構，X向恒力機構、Y向恒力機構、Z向恒力機構之間相互正交，X向恒力機構包括相互串聯的第一負剛度機構和第一板簧柔性結構，Y向恒力機構包括相互串聯的第二負剛度機構和第二板簧柔性結構，Z向恒力機構包括相互串聯的第三負剛度機構和第三板簧柔性結構。

進一步的方案是，力輸入機構包括X軸方向設置的第一驅動電機、Y軸方向設置的第二驅動電機、Z軸方向設置的第三驅動電機。

更進一步的方案是，第一板簧柔性結構具有第一驅動開口，第一驅動電機的驅動部位于第一驅動開口內并且與第一板簧柔性結構的從動部相抵接，第一板簧柔性結構與第一負剛度機構相抵接，第一負剛度機構與并聯板簧機構連接。

更進一步的方案是，第二板簧柔性結構具有第二驅動開口，第二驅動電機的驅動部位于第二驅動開口內并且與第二板簧柔性結構的從動部相抵接，第二板簧柔性結構與第二負剛度機構相抵接，第二負剛度機構與并聯板簧機構連接。