[发明专利]一种中置移动关节式柔性解耦精密定位结构

说明书

本发明公开了一种中置移动关节式柔性解耦精密定位结构，包括矩形框架结构的固定平台，所述固定平台中央设置有正方形框架结构的运动平台，所述运动平台的四周对称安装有四个与固定平台连接的桥式位移放大机构，每个所述桥式位移放大机构与运动平台之间均采用移动关节进行连接，其中两个所述桥式位移放大机构和与其对应的两个移动关节沿X向布置，另外两个所述桥式位移放大机构和与其对应的两个移动关节沿Y向布置，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位移放大机构采用压电陶瓷驱动器驱动。本发明具有精度高、刚度大、输出解耦良好、输入解耦良好、制造成本低等特点。

技术领域

本发明属于微纳米操作领域，更具体的说，是涉及一种中置移动关节式柔性解耦精密定位结构。

背景技术

随着科学技术的发展，IC封装、精密加工与制造、AFM、SEM、细胞操作等领域，都对高精度、大行程、高固有频率的精密定位结构提出了需求。

目前，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输入耦合、固有频率较低等问题，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，难以满足精密定位结构对运动范围的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种中置移动关节式柔性解耦精密定位结构，具有精度高、刚度大、输出解耦良好、输入解耦良好、制造成本低等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的中置移动关节式柔性解耦精密定位结构，包括矩形框架结构的固定平台，所述固定平台中央设置有正方形框架结构的运动平台，所述运动平台的四周对称安装有四个与固定平台连接的桥式位移放大机构，每个所述桥式位移放大机构与运动平台之间均采用移动关节进行连接，其中两个所述桥式位移放大机构和与其对应的两个移动关节沿X向布置，另外两个所述桥式位移放大机构和与其对应的两个移动关节沿Y向布置，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位移放大机构采用压电陶瓷驱动器驱动。

四个所述桥式位移放大机构均分为两类：

所述第一类桥式位移放大机构分别沿X、Y向各设置一个，所述第二类桥式位移放大机构包括平行设置的上横梁和下横梁，所述上横梁和下横梁内侧中部均设置有凸台作为输入端，所述上横梁和下横梁之间对称设置有两个中横梁，两个中横梁分别作为第一类桥式位移放大机构的两个输出端，其中一个输出端连接固定平台，另一个输出端连接移动关节；每个所述中横梁与上横梁、下横梁之间分别通过柔性铰链连接两个竖梁；

所述第二类桥式位移放大机构分别沿X、Y向各设置一个，所述第二类桥式位移放大机构仅在第一类桥式位移放大机构的基础上增加了压电陶瓷驱动器和预紧螺栓，所述压电陶瓷驱动器通过预紧螺栓固定于上横梁和下横梁的输入端之间，且所述压电陶瓷驱动器设置于两个中横梁之间。

所述移动关节包括平行设置的上层横梁和下层横梁，所述上层横梁包括沿直线设置的一个与桥式位移放大机构连接的长横梁和两个短横梁，两个短横梁分别设置于长横梁的两侧，所述长横梁和下层横梁之间通过两个长铰链连接，每个所述短横梁均连接有与运动平台连接的短竖梁，每个短横梁与下层横梁、短竖梁之间均通过短铰链连接有长竖梁。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明采用基于双平行四杆机构的桥式位移放大机构，可以增大放大倍数，增大横向刚度，进而减小输入耦合，可以有效的实现输入解耦和输出解耦；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，可以有效地防止移动关节中与输出位移方向平行的长铰链受压失稳。