[发明专利]一种三平行导向式柔性解耦精密定位结构

说明书

本发明涉及一种三平行导向式柔性解耦精密定位结构，包括固定平台，运动平台、四个桥式位移放大机构及四个解耦合机架，所述运动平台安装在固定平台的中央，在运动平台的四周通过柔性铰链对称安装四个桥式位移放大机构，在每一桥式位移放大机构的外侧均围绕安装一解耦合机架，所述解耦合机架分别与桥式位移放大机构及运动平台通过柔性铰链连接，平行于X向布置的任一所述桥式位移放大机构采用压电陶瓷驱动器驱动，平行于Y向布置的任一所述桥式放大机构采用压电陶瓷驱动器驱动。本发明采用基于双平行四杆机构的桥式位移放大机构，可以增大横向刚度，进而增大放大倍数；降低该机构对于加工误差、残余变形的敏感性。

技术领域

本发明属于微纳米操作领域，涉及压电驱动柔性精密定位结构，尤其是一种三平行导向式柔性解耦精密定位结构。

背景技术

随着纳米技术的发展，具有高精度、高分辨率的精密定位结构成为了微纳领域不可或缺的组成部分，广泛应用于微型产品组装、超精密加工和制造、X光刻、扫描电子显微镜、共聚焦显微镜等要求精细操作的领域。

目前，许多国内外学者对于压电驱动柔性精密定位结构都做了相关研究。Ellis将并联机构用于精密定位结构，并应用于生物技术和显微外科；Kim J J等提出了使用SR放大机构的单自由度精密定位结构；Saskatchewann大学学者研究了3-RRR平面三自由度精密定位结构。在国内，清华大学在公开号为CN104934075A的专利文件中公开了“大行程三维纳米柔性运动平台”，上海交通大学在公开号为CN101286369的专利文件中公开了“X-Y-Z三自由度串联式纳米级微定位工作台”，天津大学在公开号为CN107068201A、CN101738855A、CN101776851A的专利文件中公开了“单驱动式纯转动微定位平台”、“二自由度柔性微定位工作台”、“用于纳米压印光刻系统的三自由度微定位工作台”。

尽管国内外学者对压电驱动柔性精密定位结构做了大量的研究，但已有的精密定位结构大多存在刚度不足、没有完全解耦等问题，而且由于压电陶瓷的输出位移很小，通常在几微米到几十微米，对精密定位结构的运动范围考虑不足。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种三平行导向式柔性解耦精密定位结构，该系统具有精度高、刚度大、分辨率高、响应速度快、运动范围大、制造成本低等特点。

实现本发明目的的技术方案：

一种三平行导向式柔性解耦精密定位结构，该平台采用板材线切割一体成型，包括固定平台、在所述固定平台中央的运动平台、均布在所述运动平台周围的四个基于双平行四杆机构的桥式位移放大机构和解耦合机架。

所述固定平台为矩形框结构，在固定平台的四个角制有四个定位孔；所述固定平台中央为所述运动平台，所述运动平台周围对称布置四个所述桥式位移放大机构和四个所述解耦合机架；所述解耦合机架由多个梁和柔性铰链混联而成；平行于X向布置的任一所述桥式位移放大机构采用压电陶瓷驱动器I驱动，平行于Y向布置的任一所述桥式放大机构采用压电陶瓷驱动器II驱动；所述桥式位移放大机构基于双平行四杆机构，由两个一般的桥式位移放大机构嵌套并联而成；所述桥式位移放大机构输入端与所述压电陶瓷驱动器接触，输出端一端通过所述解耦合机架的所述柔性铰链与所述固定平台连接，另一端通过所述解耦合机架的所述柔性铰链与所述运动平台连接，带动所述运动平台移动；所述桥式位移放大机构有预紧螺栓，以预紧压电陶瓷。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明采用基于双平行四杆机构的桥式位移放大机构，可以增大横向刚度，进而增大放大倍数；降低该机构对于加工误差、残余变形的敏感性。

2、本发明桥式位移放大机构能够放大压电陶瓷的输出位移，满足微定位平台运动范围的需求；桥式位移放大机构的输出位移不存在耦合，且能克服温度漂移；桥式位移放大机构输出作用力为拉力，可以有效地防止与输出位移方向平行的细长柔性铰链受压失稳。