[發明專利]三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺

有效

• 申請號: 201910506520.2
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110310696B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 田延嶺;林旺江;朱鑫垚;王福軍;王偉杰;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: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 李文洋

本發明涉及微納操作、精密定位技術領域，尤其涉及一種三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺，包括基座、動平臺以及兩個結構完全相同的三級放大結構；壓電陶瓷通過預緊螺栓固定在所述基座上，壓電陶瓷輸出端的半球和移動塊上的圓弧箱連接，所述移動塊的兩側分別通過第一平行葉片柔性板簧與第一固定基座連接；所述三級放大結構包括常規杠桿、L型杠桿和半橋式結構。整個定位平臺采用線切割技術加以整體式的制造，克服了傳統機械裝置所帶來的裝配誤差；采用柔性鉸鏈作為傳動副消除了傳統運動副的摩擦問題；采用三級位移放大結構，有效提高了壓電陶瓷在X、Y方向上的平動輸出范圍，其位移放大比遠大于一般的二級位移放大定位平臺。

技術領域

本發明涉及微納操作、精密定位技術領域，尤其涉及一種三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺。

背景技術

隨著高精尖機械加工制造業發展、微納米操作領域、微生物領域的發展，精密定位平臺越來越成為探索微觀領域的關鍵部分，也成為研究的一個熱點。目前大部分的微定位平臺都采用壓電陶瓷驅動柔性鉸鏈為主的柔性機構，可以有效克服傳統運動副機構所帶來的加工裝配誤差，且具有高輸出力、高響應速度和高分辨率，但是壓電陶瓷的輸出位移是非常有限的，不能滿足一般的應用要求，所以在設計微定位平臺需要用位移放大機構來放大位移行程。然而，放大機構尤其是多級放大機構將會帶來平臺的體積較大、固有頻率低等不利影響，因此有必要設計一種可以解決該問題的多級位移放大定位平臺。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺，其特征在于：包括基座、動平臺以及兩個結構完全相同的三級放大結構；壓電陶瓷通過預緊螺栓固定在所述基座上，壓電陶瓷輸出端的半球和移動塊上的圓弧箱連接，所述移動塊的兩側分別通過第一平行葉片柔性板簧與第一固定基座連接；所述三級放大結構包括常規杠桿、L型杠桿和半橋式結構；三級放大結構是軸對稱結構，壓電陶瓷位于三級放大結構的軸線上，常規杠桿通過第一圓形柔性鉸鏈與基座固定，常規杠桿通過第一直角柔性鉸鏈與所述L型杠桿連接，所述常規杠桿的輸出端通過第二直角柔性鉸鏈與半橋式結構連桿的一端連接，半橋式結構連桿的另一端通過第三直角柔性鉸鏈與所述半橋式結構的輸入端連接；所述L型杠桿的另一端通過第二圓形柔性鉸鏈與第二固定基座連接，L型杠桿的輸入端通過第一傳力桿與所述移動塊連接；所述動平臺采用空心設計的“回”字，所述動平臺四周分別通過第二傳力桿、第三傳力桿與第二平行葉片柔性板簧、半橋式結構的輸出端連接，且在半橋式結構的輸出端兩側增加了第三平行葉片柔性板簧，來保證半橋式結構的輸出為直線運動。

優選地，所述第一傳力桿和第二傳力桿采用的設計是變寬度的。

優選地，所述基座上設有定位孔。

本發明的有益效果是:整個定位平臺采用線切割技術加以整體式的制造，克服了傳統機械裝置所帶來的裝配誤差；采用柔性鉸鏈作為傳動副消除了傳統運動副的摩擦問題；采用三級位移放大結構，有效提高了壓電陶瓷在X、Y方向上的平動輸出范圍，其位移放大比遠大于一般的二級位移放大定位平臺；在設計該平臺時，對平臺的尺寸和部分結構加以優化，如第一傳力桿、第二傳力桿、“回”字體動平臺，使平臺有較好的剛度和固有頻率，以此達到較好的動態性能；壓電陶瓷的半球輸出端和移動塊上的圓弧保證了壓電陶瓷的精密定位，平行葉片柔性板簧保證了平臺的輸入輸出的直線性，提高了動平臺的運動精度。

附圖說明

圖1為本發明的三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺整體結構示意圖；

圖2為本發明的三級位移放大二自由度柔順精密定位平臺的三級位移放大結構示意圖；