[发明专利]一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构

说明书

一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，它涉及精密仪器及机械技术领域。本发明解决了现有的柔性导向机构存在无法通过纯柔性机构实现大行程，高精度的导向功能，且无法克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题。本发明的直线电机驱动模块的动子与运动部件连接，两组负刚度复合结构组件对称设置在运动部件两侧，负刚度复合结构组件一端与运动部件侧面中部垂直连接，负刚度复合结构组件另一端与一组负刚度簧片固定组件连接，每个中部固定基座与两个中间连接体之间分别连接有一组外层导向结构，每个系统固定结构与两个中间连接体之间均分别通过一组折叠簧片结构连接。本发明在大行程直线运动中满足高精度要求，为光刻机提供高精度直线导向。

技术领域

本发明涉及精密仪器及机械技术领域，具体涉及一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构。

背景技术

极紫外光刻机是现阶段拥有最小光刻分辨率的光刻机。该设备采用波长为13.5nm的极紫外光作为工作光源，对所有物质均不透明且折射率接近于1。因此极紫外光刻机的照明系统、物镜系统及运动系统等均需置于真空中。极紫外光刻机的运动系统导向机构需要在真空环境中实现长行程、高速、高加速及高精度运动。柔性机构以其精度高、无需冷却、无摩擦、无需润滑、以及无线缆等优点，成为极紫外光刻机运动系统导向机构的首选方案。而常见的柔性机构存在行程小、有回弹力等缺点。因此设计一种长行程恒力柔性导向机构，是极紫外光刻机中运动系统结构设计的关键。

公开号为CN 109990028 A、申请号为CN 201910217941.3的中国发明专利公开了一种恒力柔顺机构，具体公开了一种可以在一段行程内保持恒定的输出力的柔性机构，该机构包括基座和恒力单元；基座为边长相等的多边形，恒力单元包括固定端、输出端、簧片和导向杆。该项发明可以受力情况良好，可以输出波动小的恒力。但是需要有额外的导向装置作为导向机构。

公开号为CN 209887580 U、申请号为CN 201920363660.4的中国发明专利公开了一种轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统与柔性导向机构，该机构包括安装座和铰接于安装座上的摇臂，摇臂的两端和安装座之间均连接有第一柔性元件，摇臂上远离安装座的一端设有挂载轮、且位于挂载轮的两侧设有伸缩臂，伸缩臂的端部安装有侧导向轮；轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统的本体上装设有至少一对前述柔性导向机构以及轨道行走驱动组件。该项发明可以使轨道式机器人平稳地转向。但是该机构需要导向轮作为辅助机构。

公开号为CN 104204966 B、申请号为CN 201380017783.8的中国发明专利公开了一种具有可移动框架的柔性擒纵机构，该结构是一种应用于钟表机芯的柔性机构，具体涉及一种用于机芯或钟表的擒纵机构，包括至少一个摆轮和至少一个擒纵轮。通过一体式柔性机构实现所述至少一个摆轮和所述至少一个擒纵轮之间的冲击传递，所述一体式柔性机构包括与所述至少一个擒纵轮或所述至少一个摆轮协作的至少一个触杆，其中，所述一体式柔性机构通过至少一个柔性片连接到所述钟表的固定结构，或者连接到所述至少一个擒纵轮。该项发明的柔性导向机构为单层结构，非工作方向刚度较差；同时该项发明为被动传动，无法实现主动控制。

公开号为CN 110296144 A、申请号为CN 201910344506.7的中国发明专利公开了一种零刚度柔性铰链，该结构包括负刚度模块、内外环柔性铰链和内环输出接口；通过设置菱形四杆机构和矩形片簧串等，抵消掉柔性铰链内外环转动产生的恢复力矩，能使铰链可以停留在行程范围内的任意位置；该发明实现了柔性旋转机构的零刚度，但是无法应用于大行程直线导向机构中。

上述已有柔性导向机构的不足之处是无法通过纯柔性机构实现导向功能。但是对于EUV光刻机的运动系统，其所在的整体环境为真空，只有柔性机构可以适应此环境。同时为了保证运动的高速、高精度与稳定性，运动系统需要克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题，这就要求在EUV光刻机的运动系统中有一种可以在大行程中输出恒力的准零刚度柔性导向机构。