[发明专利]一种二自由度微位移精密定位装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种二自由度微位移精密定位装置，属于一种微位移操作系统。

背景技术

现在，纳米级高精度定位技术在很多领域得到了广泛应用，并起到了重要作用，如光学检测，微机电系统(MEMS)，微电子领域等。柔性铰链由于其无摩擦，无间隙，无需润滑的优点，克服了传统的定位导向机构的缺点，通过与微纳驱动器的结合，使其在纳米级微动定位技术中起到了重要作用。大部分微动定位机构都会使用柔性铰链。

与本发明最为接近的已有技术，是Yangmin LI在IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS上发表的文章“Design and Analysis of a Totally Decoupled Flexure-Based XY Parallel Micromanipulator”中所提到一种二自由度柔性操控平台。它整个机构采用对称结构，四组机构均匀分布在运动平台四周。每组机构由一个嵌套式平行四边形柔性连杆机构连接一个并联式桥式放大机构构成。并联式桥式放大机构作为驱动和导向机构，嵌套式平行四边形柔性连杆机构传递轴向力和切向位移导向。整个机构采用的对称结构使结构拥有对称刚度。

但上述结构存在以下几点缺陷：1、通过放大机构虽然可以放大机构的行程，但却降低了结构的定位精度；2、桥式放大机构虽然具有较大的放大技术和紧凑的结构，但其运动过程中会带动驱动器一同运动，而驱动器拖动其电缆所产生的振动会降低整个机构的精度；3、嵌套式平行四边形柔性连杆机构对桥式放大机构的位移输出端作用的切向力所产生的弯矩将降低单个自由度的运动直线度，同时会两个自由度之间扰动较大。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，包括定位精度低、各自由度之间扰动大，本发明提供一种高定位精度、各自由度之间扰动小的二自由度微位移精密定位装置。

一种二自由度微位移精密定位装置，该装置包括载物台、基板、四个形状结构相同的嵌套式平行四边形柔性连杆机构、四组形状结构相同的平行四边形导向机构、第一压电致动器和第二压电致动器；

所述嵌套式平行四边形柔性连杆机构包括第一柔性双连杆组、第二柔性双连杆组、刚杆和U型刚性杆；所述第一柔性双连杆组的两端分别与载物台和刚杆连接；所述第二柔性双连杆组两端分别与刚杆和U型刚性杆连接；所述四个形状结构相同的嵌套式平行四边形柔性连杆机构正交对称分布在载物台的四个边上；

所述平行四边形导向机构包括四根形状结构相同的柔性连杆，所述四根形状结构相同的柔性连杆对称分布在U型刚性杆的两侧，每侧两根，每根柔性连杆的一端与U型刚性杆相连，另一端与基板相连；

所述第一压电致动器和第二压电致动器分别位于载物台对称轴的X轴负轴和Y轴负轴上，所述第一压电致动器和第二压电致动器的两端分别与嵌套式平行四边形柔性连杆机构中的U型刚性杆和基板连接。

本发明的有益效果在于，本发明去掉桥式放大机构，改变了驱动模式，采用压电致动器直接驱动，提高了定位精度；本装置采用了两种不同的柔性连杆机构，实现各自由度的运动相互独立，各自由度间没有扰动，进一步提高了定位精度；并且整个结构除压电致动器以外是完全对称的，这样就可以保证在外界温度条件变化的时候不会对整个装置的定位精度产生影响。

附图说明

图1是本发明一种二自由度微位移精密定位装置的整体结构图；

图2是本发明一种二自由度微位移精密定位装置的立体结构图；

图3是本发明一种二自由度微位移精密定位装置中的嵌套式平行四边形柔性连杆机构原理图。

具体实施方式

结合图1、图2、图3说明本实施方式。

如图1、图2所示，本发明为一种二自由度微位移精密定位装置，该装置主要包括载物台1、基板2、四组形状结构相同的平行四边形导向机构、第一压电致动器3A和第二压电致动器3a。