[发明专利]三维恒力并联柔性微定位平台

说明书

本发明公开一种三维恒力并联柔性微定位平台，其包括主框架以及位于主框架内的力输入机构、力输出机构、恒力机构，恒力机构包括并联板簧机构以及与并联板簧机构分别连接的X向恒力机构、Y向恒力结构、Z向恒力机构，X向恒力机构、Y向恒力机构、Z向恒力机构之间相互正交，X向恒力机构包括相互串联的第一负刚度机构和第一板簧柔性结构，Y向恒力机构包括相互串联的第二负刚度机构和第二板簧柔性结构，Z向恒力机构包括相互串联的第三负刚度机构和第三板簧柔性结构。本发明采用并联结构实现运动解耦，使该定位平台具有三维的XYZ方向三个独立的自由度，同时利用柔性铰链连接避免了传统连接的缺点，以实现高精度定位。

【技术领域】

本发明涉及微纳精密驱动与定位技术领域，具体的，涉及一种基于柔性机构的三维恒力并联柔性微定位平台。

【背景技术】

微定位平台技术是现代精密工程中的研究与应用热点。目前，微定位平台已被广泛应用于微纳米尺度物体的快速抓放操作、高精密制造和组装、生物细胞显微注射等领域。由于一维、二维微定位平台存在自由度少等方面的局限性，多维微定位平台受到了广泛关注。

申请号为201810029943.5的中国发明专利申请公开了一种串联式压电驱动微纳平台，其三维定向移动是由三个模块相串联，采用粘滑运动原理和杠杆放大原理来实现。然而，串联机构具有惯性大、累计误差大等缺点。

申请号为201410734788.9的中国发明专利公开了一种并联式空间三维微位移精密定位装置，其由压电陶瓷驱动器经由杠杆放大机构来驱动。然而，它的输出行程小(低于毫米级)，不适用于大行程应用场合。

申请号为201610231524.0的中国发明专利公开了一种并联式三自由度微定位平台，其用于实现大行程(毫米级以上)输出。由于上述发明采用传统柔性机构设计方法，需要采用较大的驱动器来实现大行程输出，增大了平台的尺寸大小和硬件成本。

此外，为了使用较小驱动器产生大行程输出，申请号为20161084395.3的中国发明专利申请公开了一种二维恒力微定位平台，其用于降低驱动力，产生恒力输出。然而，该发明只实现了二维的恒力微定位运动。

因此，现有三维大行程微定位平台需要采用体积较大的驱动器来实现大行程输出，增大了平台的物理尺寸和硬件成本。另外，现有的恒力微定位平台只能实现二维平面内的恒力微定位运动。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种采用板簧式柔性铰链和双稳态柔性梁相组合并实现恒力输出的三维恒力并联柔性微定位平台。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种三维恒力并联柔性微定位平台，用于在三维空间内的指定方向提供恒力输出，包括主框架以及位于主框架内的力输入机构、力输出机构、用于连接力输入机构和力输出机构并传导作用力的恒力机构，恒力机构包括并联板簧机构以及与并联板簧机构分别连接的X向恒力机构、Y向恒力结构、Z向恒力机构，X向恒力机构、Y向恒力机构、Z向恒力机构之间相互正交，X向恒力机构包括相互串联的第一负刚度机构和第一板簧柔性结构，Y向恒力机构包括相互串联的第二负刚度机构和第二板簧柔性结构，Z向恒力机构包括相互串联的第三负刚度机构和第三板簧柔性结构。

进一步的方案是，力输入机构包括X轴方向设置的第一驱动电机、Y轴方向设置的第二驱动电机、Z轴方向设置的第三驱动电机。

更进一步的方案是，第一板簧柔性结构具有第一驱动开口，第一驱动电机的驱动部位于第一驱动开口内并且与第一板簧柔性结构的从动部相抵接，第一板簧柔性结构与第一负刚度机构相抵接，第一负刚度机构与并联板簧机构连接。

更进一步的方案是，第二板簧柔性结构具有第二驱动开口，第二驱动电机的驱动部位于第二驱动开口内并且与第二板簧柔性结构的从动部相抵接，第二板簧柔性结构与第二负刚度机构相抵接，第二负刚度机构与并联板簧机构连接。