CN101013603A - 一体化超精密工作台运动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一体化超精密工作台运动机构。它包括基座、通过螺栓固定在基座上呈平面分布的铰链机构和驱动铰链机构的压电驱动器，其特征在于所述的铰链机构为三个双平行多杆柔性机构，其中两个双平行多杆柔性机构相互平行而垂直铰链另一个双平行多杆柔性机构的中段；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构之间连接所述的压电驱动器；而另一个双平行多杆柔性机构的中段与工作台固定连接。本发明具有较大的减速比，提高工作台的分辨率。结构简单，可在真空、高温、辐射等苛刻环境下工作。

Description

一体化超精密工作台运动机构
技术领域
本发明涉及一种一体化超精密工作台运动机构，特别是一种一体化超精密工作台运动机构。
背景技术
现在的精密工作台多通过宏动和微动两层驱动的方式来实现。微动部分的实现形式有平板弹簧、柔性铰链、滑动导轨、气浮式导轨和液压式导轨等。柔性铰链具有结构简单、紧凑、无需润滑、无摩擦、无空回等优点，而压电驱动器具有位移分辨率高、中间传动部件少、效率高、刚度大、响应快等优点，因此采用压电驱动器驱动柔性铰链的微动工作台具有结构紧凑、简单、可靠等优点，使用的最多、最广。
采用柔性铰链实现的精密工作台多采用双平行四杆机构的形式，如图1所示。虽然双平行四杆机构还有很多不同的形式，但其工作原理是一致的，如图2所示。通过安装在机构中部的压电驱动器，产生推动力，实现精密工作台产生一个微位移。这种微动机构的分辨精度直接取决于压电驱动器分辨。由于铰链个数少，刚度不够，易产生漂移；铰链的加工误差，影响单向性。另外，压电驱动器的磁滞、蠕变的缺陷，对工作台的精度也会产生直接影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的一体化超精密工作台运动机构，具有较大的减述比，提高工作台的分辨率。
为达到上述目的，本发明的构思是：采用二级传动方式，通过柔性铰链组合机构，形成较大的减速比；采用对称结构，可消除偏执力，保证运动的单向性；采用对称分布的双平行八杆柔性铰链机构，形成冗余约束，可提高系统的刚度，并对铰链误差有一定的补偿作用，采用一体化结构设计，可通过线切割一次加工成型。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种一体化超精密工作台运动机构，包括基座、通过螺栓固定在基座上呈平面分布的铰链机构和驱动铰链机构的压电驱动器，其特征在于所述的铰链机构为三个双平行多杆柔性机构，其中两个双平行多杆柔性机构相互平行而垂直铰链另一个双平行多杆柔性机构的中段；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构之间连接所述的压电驱动器；而另一个双平行多杆柔性机构的中段与工作台固定连接。
上述的三个双平行多杆柔性机构均是双平行四杆或八本柔性机构，其结构是：一片中段的两端分别以细条各连接平行的二根或四根长条形杆的一端长条形杆的另一端通过细条与端片连接。
上述的两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构的外端的端片连成一片而由所述的螺栓固定于基座上，而它们的内端的端片与另一个双平行四杆或八杆柔性机构的中段过成一片，该双平行四杆或八杆柔性机构两端的端片通过所述的螺栓固定于基座上。
上述的压电驱动器的两端分别与两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构的中段固定连接。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：本发明中采用二级传动方式，形成较大的减速比，提高工作台的分辨率，其分辨率可达到压动辨率的几十分之一。采用对称分布的双平行多杆柔性铰链机构，形成冗余约束，提高系统的刚度，并对铰链误差有一定的补偿作用。采用多处对称结构，消除偏执力，保证运动的单向性。采用一体化设计，可通过线切割一次加工成型。结构简单，可在真空、高温、辐射等苛刻环境下工作。
附图说明
图1是已有技术的双平行四杆柔性机构的结构示意图。
图2是图1所示机构的机械原理图。
图3是本发明一个实施例的结构示意图。
图4是图3所示结构的机械原理图。
具体实施方式
本发明的的一个优选实施例是：参见图3，本一体化超精密工作台运动机构包括基座1、通过螺栓4固定在基座1上呈平面分布的铰链机构2和驱动铰链机构2的压电驱动器3，所述的铰链机构2为三个双平行多杆柔性机构A、B、C，其中两个双平行多杆柔性机构A、B相互平行而垂直铰链另一个双平行多杆柔性机构C的中段；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构A、B之间连接所述的压电驱动器3；而另一个双平行多杆柔性机构C的中段与工作台固定连接。
上述的三个双平行多杆柔性机构A、B、C均是双平行四杆或八本柔性机构，其结构是：一片中段的两端分别以细条各连接平行的二根或四根长条形杆的一端长条形杆的另一端通过细条与端片连接。
上述的两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构A、B的外端的端片连成一片而由所述的螺栓4固定于基座1上，而它们的内端的端片与另一个双平行四杆或八杆柔性机构C的中段过成一片，该双平行四杆或八杆柔性机构C两端的端片通过所述的螺栓4固定于基座1上。
上述的压电驱动器3的两端分别与两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构A、B的中段固定连接。
其工作原理如下：
参见图3和图4，压电驱动器3产生一个伸长变形，使铰链机构2中两个双平行多杆柔性铰链机构A、B产生相反方向的移动，进而拉动另一个双平行多杆柔性铰链机构C产生一个微位移，从而使工作台产生一个微位移。
图1和图2示出已有技术中的双平行四杆柔性机构的结构示意图和机构原理图。以供参考比较。

Claims (4)

1.一种一体化超精密工作台运动机构，包括基座(1)、通过螺栓(4)固定在基座(1)上呈平面分布的铰链机构(2)和驱动铰链机构(2)的压电驱动器(3)，其特征在于所述的铰链机构(2)为三个双平行多杆柔性机构(A、B、C)，其中两个双平行多杆柔性机构(A、B)相互平行而垂直铰链另一个双平行多杆柔性机构(C)的中段；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构(A、B)之间连接所述的压电驱动器(3)；而另一个双平行多杆柔性机构(C)的中段与工作台固定连接。
2.根据权利要求1所述的一体化超精密工作台运动机构，其特征在于所述的三个双平行多杆柔性机构(A、B、C)均是双平行四杆或八本柔性机构，其结构是：一片中段的两端分别以细条各连接平行的二根或四根长条形杆的一端长条形杆的另一端通过细条与端片连接。
3.根据权利要求2所述的一体化超精密工作台运动机构，其特征在于所述的两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构(A、B)的外端的端片连成一片而由所述的螺栓(4)固定于基座(1)上，而它们的内端的端片与另一个双平行四杆或八杆柔性机构(C)的中段过成一片，该双平行四杆或八杆柔性机构(C)两端的端片通过所述的螺栓(4)固定于基座(1)上。
4.根据权利要求1或2所述的一体化超精密工作台运动机构，其特征在于所述的压电驱动器(3)的两端分别与两个相互平行的双平行四杆或八杆柔性机构(A、B)的中段固定连接。
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