一種三自由度精密定位平臺的製作方法
2023-05-24 02:55:26
一種三自由度精密定位平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三自由度精密定位平臺，包括基座和設置在其內部的動平臺，基座和動平臺通過三個沿動平臺的周向均布的鉸鏈放大機構和三個板形柔性鉸鏈機構連接；每個鉸鏈放大機構的一端與基座柔性連接，另一端和動平臺柔性連接，中部設有一輸入端，輸入端與壓電陶瓷驅動器連接；每個板形柔性鉸鏈機構包括一塊弧形柔性板和垂直固定在其上的1～5塊徑向柔性板。本實用新型能夠實現兩平動一轉動，結構簡單緊湊；利用鉸鏈放大機構進行位移放大和力的傳遞，使得板形柔性鉸鏈機構發生彈性變形，從而帶動動平臺運動，實現微納米位移的輸出，輸出位移較大，軸向剛度較高；可作為納米微作業系統的輔助定位平臺實現微量進給和精密定位。
【專利說明】一種三自由度精密定位平臺
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於微納米【技術領域】，具體為一種可應用於微作業系統的兩平動一轉動三自由度柔性精密定位工作平臺。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，在超精密加工、微電子工程、生物工程、納米技術等領域都迫切需要亞微米級甚至納米級的精密定位技術。最典型的應用在於納米器件的製造生產。納米器件包括納米電子器件和納米光電器件，可廣泛應用於電子學、光學、微機械裝置、新型計算機等，是當今新材料與新器件研究領域中最富有活力的研究領域，也是元器件小型化、智能化、高集成化等的主流發展方向。納米器件由於具有潛在的巨大市場和國防價值，使得其設計和製造的方法、途徑、工藝等成為眾多科學家、政府和大型企業研究和投資的熱點。所以大力發展精密定位技術是大勢所趨，是創新科技進步的具體體現。
[0003]但是，目前微納米級精密定位平臺主要以兩自由度平動居多，即使設計的三自由度精密定位平臺，也具有結構複雜、行程小、軸向承載能力較低等缺陷，難以滿足實際應用的需求。
【發明內容】
[0004]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種結構簡單緊湊、行程較大、軸向承載能力較高的一種三自由度精密定位平臺。
[0005]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種三自由度精密定位平臺，包括基座和設置在其內部的動平臺，所述基座和所述動平臺通過三個沿所述動平臺的周向均布的鉸鏈放大機構和三個板形柔性鉸鏈機構連接；每個所述鉸鏈放大機構的一端與所述基座柔性連接，另一端和所述動平臺柔性連接，中部設有一輸入端，鉸鏈放大機構的輸入端通過柔性鉸鏈和球型接頭與壓電陶瓷驅動器連接，所述壓電陶瓷驅動器安裝在所述基座上，所述壓電陶瓷驅動器沿所述動平臺的徑向設置，在所述壓電陶瓷驅動器的輸出端上固接有所述球型接頭，所述球型接頭與所述柔性鉸鏈相切接觸，所述柔性鉸鏈固定在所述鉸鏈放大機構的輸入端上；每個所述板形柔性鉸鏈機構包括一塊弧形柔性板和垂直固定在其上的I?5塊徑向柔性板，所述弧形柔性板沿所述動平臺的周向設置，所述弧形柔性板的兩端固定在所述基座上，所述徑向柔性板的內端固定在所述動平臺上；三個所述板形柔性鉸鏈機構和三個所述壓電陶瓷驅動器間隔均布在所述動平臺的周向上。
[0006]所述動平臺為圓盤形。
[0007]每塊所述弧形柔性板上固定有2?3塊均布的所述徑向柔性板。
[0008]在所述基座上設有定位孔。
[0009]本實用新型具有的優點和積極效果是:通過採用將圓盤形動平臺設置在基座內部，且將二者通過間隔均勻設置的三個鉸鏈放大機構和三個板形柔性鉸鏈機構連接在一起，並在鉸鏈放大機構上設置輸入端的結構，實現兩平動一轉動，結構簡單緊湊；利用鉸鏈放大機構進行位移放大和力的傳遞，使得板形柔性鉸鏈機構發生彈性變形，從而帶動動平臺運動，實現微納米位移的輸出，輸出位移較大，軸向剛度較高；可作為納米微作業系統的輔助定位平臺實現微量進給和精密定位。為納米器件的製造生產提供了有效的輔助手段，具有非常重要的應用意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的主視圖；
[0011]圖2為本實用新型的立體圖。
[0012]圖中:1 一壓電陶瓷驅動器，2—球型接頭，3—預緊螺栓，4一柔性鉸鏈，5—鉸鏈放大機構，6—板形柔性鉸鏈，6-1、弧形柔性板，6-2、徑向柔性板，7—動平臺，8—定位孔，9—基座。
【具體實施方式】
[0013]為能進一步了解本實用新型的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0014]請參閱圖1和圖2，一種三自由度精密定位平臺，包括基座9和設置在其內部的動平臺7，所述基座和所述動平臺7通過三個沿所述動平臺的周向均布的鉸鏈放大機構5和三個板形柔性鉸鏈機構6連接；每個所述鉸鏈放大機構5的一端與所述基座9柔性連接，另一端和所述動平臺7柔性連接，中部設有一輸入端，鉸鏈放大機構的輸入端通過柔性鉸鏈4和球型接頭5與壓電陶瓷驅動器I連接，所述壓電陶瓷驅動器I安裝在所述基座9上，所述壓電陶瓷驅動器I沿所述動平臺7的徑向設置，在所述壓電陶瓷驅動器I的輸出端上固接有所述球型接頭2，所述球型接頭2與所述柔性鉸鏈4相切接觸，所述柔性鉸鏈4固定在所述鉸鏈放大機構5的輸入端上；每個所述板形柔性鉸鏈機構6包括一塊弧形柔性板6-1和垂直固定在其上的I?5塊徑向柔性板6-2，所述弧形柔性板6-1沿所述動平臺7的周向設置，所述弧形柔性板6-1的兩端固定在所述基座9上，所述徑向柔性板6-2的內端固定在所述動平臺7上，所述徑向柔性板6-2的外端固定在弧形柔性板6-1上；三個所述板形柔性鉸鏈機構6和三個所述壓電陶瓷驅動器I間隔均布在所述動平臺7的周向上。為了使結構更加緊湊，所述動平臺7最好採用圓盤形的。由於徑向柔性板6-2的個數與圓盤形動平臺7的有效行程和軸向承載能力息息相關，徑向柔性板6-2個數的增多將提高動平臺7的承載能力，但是其有效行程會一定程度的減小；而徑向柔性板6-2個數的減少，雖然能增大動平臺7的有效行程，但是其軸向承載能力卻會一定程度地降低。所以，綜合考慮動平臺7的有效行程和承載能力，較優的方案為:每塊所述弧形柔性板6-1上固定有2?3塊均布的所述徑向柔性板6-2。
[0015]在本實施例中，在所述基座9上設有定位孔8。在所述基座9上以動平臺7的中心為圓心的同一圓周上設置三個凹槽，且兩兩夾角分別為120°。三個壓電陶瓷驅動器I分別安裝在三個凹槽中，壓電陶瓷驅動器I設有預緊螺栓3，預緊螺栓3安裝在基座9上，用於保證壓電陶瓷驅動器I與基座9和鉸鏈放大機構5不分離，壓電陶瓷驅動器I的輸出端通過螺紋連接球形接頭2，球形接頭頂在柔性鉸鏈4弧形側壁上，二者相切，以實現赫茲接觸。鉸鏈放大機構5是根據槓桿放大原理設計的，兩端分別與基座9和動平臺7實現柔性連接。在鉸鏈放大機構上設計有柔性鉸鏈4，與連接在壓電陶瓷驅動器I輸出端上的球形接頭2相接觸，實現傳遞輸入位移和力的過渡與緩衝作用。板形柔性鉸鏈機構6由4個柔性板組成，其中弧形柔性板6-1的兩端與基座9連接，3塊徑向柔性板6-2的一端連接在柔性板I上，另一端連接在動平臺7上，三個板形柔性鉸鏈機構6分別布置在以動平臺7的中心為圓心的同一圓周上，兩兩夾角為120°，且與壓電陶瓷驅動器I的夾角為60°。動平臺7通過三個鉸鏈放大機構5和三個板形柔性鉸鏈機構6與基座9實現連接，提高了動平臺7軸向承載能力。
[0016]本實用新型所實現的工作過程:由計算機輸出的控制電壓信號，驅使壓電陶瓷驅動器I按照指定的運動軌跡產生伸縮運動，經過柔性鉸鏈4的過渡和緩衝，作用在鉸鏈放大機構5上，使得輸入位移得到放大，通過克服板形柔性鉸鏈機構6的彈性力，達到使動平臺7產生位移輸出的效果。通過控制三個壓電陶瓷驅動器I的伸長量，可以實現動平臺7不同位姿的控制，實現沿平面兩個方向的平動和繞垂直軸的轉動；當三個壓電陶瓷驅動器I的伸長量相同時，實現動平臺7純轉動。
[0017]儘管上面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但是本實用新型並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種三自由度精密定位平臺，其特徵在於，包括基座和設置在其內部的動平臺，所述基座和所述動平臺通過三個沿所述動平臺的周向均布的鉸鏈放大機構和三個板形柔性鉸鏈機構連接； 每個所述鉸鏈放大機構的一端與所述基座柔性連接，另一端和所述動平臺柔性連接，中部設有一輸入端，鉸鏈放大機構的輸入端通過柔性鉸鏈和球型接頭與壓電陶瓷驅動器連接，所述壓電陶瓷驅動器安裝在所述基座上，所述壓電陶瓷驅動器沿所述動平臺的徑向設置，在所述壓電陶瓷驅動器的輸出端上固接有所述球型接頭，所述球型接頭與所述柔性鉸鏈相切接觸，所述柔性鉸鏈固定在所述鉸鏈放大機構的輸入端上； 每個所述板形柔性鉸鏈機構包括一塊弧形柔性板和垂直固定在其上的I?5塊徑向柔性板，所述弧形柔性板沿所述動平臺的周向設置，所述弧形柔性板的兩端固定在所述基座上，所述徑向柔性板的內端固定在所述動平臺上； 三個所述板形柔性鉸鏈機構和三個所述壓電陶瓷驅動器間隔均布在所述動平臺的周向上。
2.根據權利要求1所述的三自由度精密定位平臺，其特徵在於，所述動平臺為圓盤形。
3.根據權利要求1所述的三自由度精密定位平臺，其特徵在於，每塊所述弧形柔性板上固定有2?3塊均布的所述徑向柔性板。
4.根據權利要求1所述的三自由度精密定位平臺，其特徵在於，在所述基座上設有定位孔。
【文檔編號】F16M11/18GK203686505SQ201420010754
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】蔡坤海, 田延嶺, 張大衛 申請人:天津大學