[发明专利]一体式六自由度精密定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性精密传动平台，特别涉及一种一体式六自由度精密定位工作台。

背景技术

随着微电子技术、微纳米技术、宇航工程、精密工程、生物工程等学科的迅速发展，制造领域己经进入了“亚微米-纳米”时代。随着微纳米技术的兴起和迅猛发展，在众多科技领域如精密机械制造、仪器仪表、光学、材料科学等都迫切需要高定位精度、高分辨率的精密定位技术。纳米级微动工作台为从事纳米科学技术研究提供一维、二维和多维的纳米级运动，是纳米科学技术研究必备的关键仪器设备。

现有技术中，用于纳米级加工的平台有Stewart平台、磁悬浮工作台和压电工作台，前两者虽然可满足大行程的要求，却难以达到纳米级精度要求，同时，也存在结构复杂、加工困难、不易控制等缺点，而基于压电陶瓷驱动压电平台具有精度高、结构紧凑、响应速度快等优点，但现阶段的压电平台基本都局限于四个自由度以下，运动自由度有限，没有能够实现大的旋转摆动以及沿水平面旋转的平台，且其行程都较小，其移动量及运动的能力均难以满足复杂加工和操作的要求。

因此，为了解决上述问题，需要一种高精度、高刚度、易于控制、具备大行程、多自由度的定位平台，以满足纳米科学技术研究中复杂的加工和操作要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种一体式六自由度精密定位平台，该平台能够在六个自由度上进行精确控制定位，具有高精度、高刚度、大行程、大摆动等特点，能够满足纳米科学技术研究中复杂的加工和操作要求。

本发明的一体式六自由度精密定位平台，包括基座、下平台组件、中间平台组件和上平台组件，以基座上表面一点为原点、以该平面为XY平面建立空间直角坐标系X-Y-Z；

所述下平台组件包括中心设于Z轴的下平台和平行于基座上表面设置并连接于基座与下平台的用于驱动下平台沿X向和Y向平移的至少两个平移驱动装置；所述平移驱动装置包括平移位移放大机构和平移压电陶瓷驱动器；所述平移位移放大机构为由八个刚性连杆首尾依次铰接形成的平面八连杆机构；所述平移压电陶瓷驱动器的两个工作端分别与平移位移放大机构中的两根小位移刚性连杆Ⅰ固定连接；平移位移放大机构中的一根大位移刚性连杆Ⅰ固定于基座，另一根大位移刚性连杆Ⅰ通过平行、等长的两个连接体Ⅰ铰接于下平台形成平面四摇杆机构；

所述中间平台组件包括中心设于Z轴的中间平台和垂直于下平台所在平面设置并连接于下平台与中间平台的用于驱动中间平台沿Z向升降和绕与X轴平行的轴和与Y轴平行的轴转动的至少四个升降驱动装置；所述升降驱动装置包括升降位移放大机构和升降压电陶瓷驱动器；所述升降位移放大机构为由八个刚性连杆首尾依次铰接形成的平面八连杆机构；所述升降压电陶瓷驱动器的两个工作端分别与升降位移放大机构中的两根小位移刚性连杆Ⅱ固定连接；升降位移放大机构中的一根大位移刚性连杆Ⅱ固定于下平台，另一根大位移刚性连杆Ⅱ通过一个连接体Ⅱ铰接于中间平台；

所述上平台组件包括中心设于Z轴的上平台和平行于中间平台所在平面设置并连接于中间平台与上平台的用于驱动上平台绕Z轴旋转的至少两个旋转驱动装置；所述旋转驱动装置包括旋转位移放大机构和旋转压电陶瓷驱动器；所述旋转位移放大机构为由八个刚性连杆首尾依次铰接形成的平面八连杆机构；所述旋转压电陶瓷驱动器的两个工作端分别与旋转位移放大机构中的两根小位移刚性连杆Ⅲ固定连接；旋转位移放大机构中的一根大位移刚性连杆Ⅲ固定于中间平台，另一根大位移刚性连杆Ⅲ通过一个偏心连接体铰接于上平台。

进一步，所述连接体Ⅰ、连接体Ⅱ和偏心连接体均为直梁型柔性铰链；

进一步，各连接体Ⅰ长度相等；各连接体Ⅱ长度相等；各偏心连接体长度相等；

进一步，所述平移驱动装置为绕Z轴周向排列并沿X向和Y向十字分布的四个；所述升降驱动装置为绕Z轴周向排列并沿X向和Y向十字分布的四个，所述旋转驱动装置为绕Z轴周向均匀排列的两个；

进一步，所述平移位移放大机构、升降位移放大机构、旋转位移放大机构、连接体Ⅰ、连接体Ⅱ、偏心连接体、下平台、中间平台和上平台一体成型。