[发明专利]一种立方体形并联解耦六自由度微动工作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种六自由度微动工作台。

背景技术

微纳米技术的快速发展引发了新一轮技术革命，微纳级的微动平台在纳米器件和结构的制作、半导体光刻、微机械、超精密加工、生物细胞操纵、微装配、光纤对接等领域得到了广泛的应用。高精度的六自由度微动平台由于可以实现空间六个自由度的超精密定位，因此具有大量的实际应用场合。目前虽然提出了一些六自由度微动机构，但是存在着平台输出的自由度相互之间存在运动耦合或者整个机构体积较大等缺点。例如三支链型六自由度微动机构(或机器人)、单层结构八杆微动工作台等由于其机构的固有特性存在运动耦合的缺点。六自由度并联解耦微动机器人虽能实现运动解耦，但是其体积较大，不能应用于安装空间小的场合。

基于以上所述，公开号为CN 1258589A的发明专利申请提出了一种六自由度并联解耦结构微动机器人，文中所述的解耦机构虽然解决了平台输出的自由度相互间存在的运动耦合问题，但是其还是存在体积较大，不能应用于安装空间小的场合。

发明内容

本发明的目的是为解决现有六自由度微动机构存在的整个机构体积较大和无法应用于安装空间小的场合的问题，提供一种立方体形并联解耦六自由度微动工作台。本发明由底座、运动平台和六个压电陶瓷驱动支链组成，底座由第一平板1、第二平板8和第三平板16组成，第一平板1的Q端与第二平板8的R端连接为一体，第三平板16的P端与第一平板1的N端连接为一体，第三平板16的T端与第二平板8的S端连接为一体，第一平板1与第二平板8相互垂直设置，第三平板16分别与第一平板1和第二平板8相互垂直设置；运动平台由第四平板6、第五平板13和第六平板20组成，第四平板6的G端与第五平板13的H端连接为一体，第六平板20的L端与第四平板6的M端连接为一体，第六平板20的J端与第五平板13的K端连接为一体，第四平板6和第五平板13相互垂直设置，第六平板20分别与第四平板6和第五平板13相互垂直设置；第一平板1和第五平板13相互平行设置，第二平板8和第六平板20相互平行设置，第三平板16和第四平板6相互平行设置；第一压电陶瓷驱动支链4和第二压电陶瓷驱动支链15相互平行设置，第一压电陶瓷驱动支链4的第一端5和第二压电陶瓷驱动支链15的第一端7分别与第四平板6相连接，第一压电陶瓷驱动支链4的第二端19和第二压电陶瓷驱动支链15的第二端17分别与第三平板16相连接；第三压电陶瓷驱动支链3和第四压电陶瓷驱动支链21相互平行设置，第三压电陶瓷驱动支链3的第一端2和第四压电陶瓷驱动支链21的第一端22分别与第一平板1相连接，第三压电陶瓷驱动支链3的第二端9和第四压电陶瓷驱动支链21的第二端14分别与第五平板13相连接；第五压电陶瓷驱动支链24和第六压电陶瓷驱动支链11相互平行设置，第五压电陶瓷驱动支链24的第一端23和第六压电陶瓷驱动支链11的第一端18分别与第六平板20相连接，第五压电陶瓷驱动支链24的第二端12和第六压电陶瓷驱动支链11的第二端10分别与第二平板8相连接；所述每个压电陶瓷驱动支链均由第一柔性铰链41、直线微位移运动副42、压电叠层作动器44和第二柔性铰链45组成，第一柔性铰链41与直线微位移运动副42的一端连接为一体，第二柔性铰链45与直线微位移运动副42的另一端连接为一体，直线微位移运动副42的中间开有通透的空间43，压电叠层作动器44设置在所述通透的空间43内并与直线微位移运动副42固定连接；所述运动平台和底座相互扣在一起呈正方体形状，六个压电陶瓷驱动支链处于正方体内。

本发明的运动平台和底座分别由三个垂直平面组成，即相当于正方体六个平面中三个具有公共顶点平面的组合体。六个压电陶瓷驱动支链并联于底座和运动平台之间，输出直线微位移运动，六个压电陶瓷驱动支链分成三组，每组包括两个相互平行、对称布置的压电陶瓷驱动支链，三组之间两两相互垂直布置。本发明的运动平台具有六个自由度，由于采用正交布置，所以能实现运动平台六个自由度之间的解耦，运动精度高。另外平台和底座都为立方体半表面，相互扣在一起使整个机构呈正方体形状，六个压电陶瓷驱动支链处于正方体之中，所以结构紧凑，占用空间小，适用于对微动台精度、体积有严格要求的应用场合。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是运动平台的结构示意图，图3是底座的结构示意图，图4是压电陶瓷驱动支链的结构示意图，图5是微动工作台的坐标系设置图，图6是压电陶瓷驱动支链对应的机构示意图。

具体实施方式