CN102072383B - 具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及超精密定位技术，特别是一种具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台。本发明四个相同全柔顺支链中每个支链均与相邻支链互相垂直并且均匀的固定在基座上，微动平台安装在四个全柔顺支链的运动输出端上，精密定位器固定在微动平台上。其继承了并联机构空间多自由度运动特性，克服常规方式由于螺纹孔行程和传动摩擦等因素对精密定位精度的影响，达到纳米级超精密定位。

Description

具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台
技术领域
本发明涉及超精密定位平台，特别是一种具有全柔顺支链的空间四自由度(三转动一平动)微动超精密定位平台。
背景技术
近年来，随着微电子技术、通讯技术、宇航技术、精密和超精密加工、生物工程、医学工程等技术的迅猛发展，人们越来越迫切的需要具有纳米级定位精度、多自由度、高度灵活的超精密微定位系统，用于实现高精度的操作和实验研究。为了实现精密定位，通常采用伺服电机和精密丝杠传动方案，然而这种定位方式由于螺纹间隙和传动摩擦的存在，其定位精度一般只能达到微米级。为了补偿传动误差，提高分辨率，往往采用电磁或压电驱动对工作平台进行精细位置调整，但调整过程长、系统复杂，且由于空间耦合作用使得空间定位精度调整难以实现。因此，必须寻求特殊的驱动和传动方式以及高精度的控制方法以使平面工作台具有亚微米，甚至纳米级的位移分辨率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台，用于克服上述精密定位平台的不足。
本发明技术方案：一种具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台，四个相同全柔顺支链2中每个支链均与相邻支链互相垂直并且均匀的固定在基座1上，微动平台3安装在四个全柔顺支链2的运动输出端12上，精密定位器4固定在微动平台3的中心位置。
全柔顺支链2是在整块弹簧钢板15上切割形成，使其成为具有多个柔性运动副和柔性连杆的全柔顺支链；全柔顺支链2以柔性转动副5为起点，柔性连杆6的一端与柔性转动副5连接，另一端通过柔性移动副7与柔性连杆8连接；柔性连杆10的一端通过柔性U型副9与柔性连杆8连接，另一端通过柔性转动副11与运动输出端12相连接；柔性连杆13的两端分别连接柔性连杆8和弹簧钢板15；压电陶瓷驱动14驱动柔性连杆13，通过柔性连杆8使各柔性运动副及柔性连杆产生运动，将运动传递至运动输出端12。通过四个全柔顺支链2上的运动输出端12的运动来确定微动平台3的运动，从而使固定在微动平台3上的精密定位器4产生运动，最终实现超精密定位。
柔性U型副9由两个轴线相互正交的柔性转动副组成，连接在柔性连杆上，为柔性连杆提供转动约束。
有益效果：利用柔顺元件的弹性变形传递或转换运动、力或能量的一种新型免装配机构，避免了并联机构由于运动副轴线装配误差及运动副存在的间隙对末端平台运动特性所造成的影响，定位精准；克服常规方式由于螺纹孔行程和传动摩擦等因素对精密定位精度的影响，达到纳米级超精密定位。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中全柔顺支链2的结构示意图。
具体实施方式
将并联机构和柔顺机构的理论相结合，设计出一种柔顺并联机构作为微动超精密定位平台的基本构成，该超精密定位平台具有全柔顺机构。
本发明由基座1、四个相同的全柔顺支链2、微动平台3和精密定位器4组成。
四个结构相同的全柔顺支链2中每个支链均与相邻支链互相垂直并且均匀的固定在基座1上，同时微动平台3安装在四个全柔顺支链的运动输出端12上。安装在全柔顺支链2上的压电陶瓷驱动14驱动后，柔性连杆13发生变形，通过与柔性连杆8的连接和柔性转动副5、柔性移动副7、柔性U型副9、柔性转动副11的弹性变形将运动传递至运动输出端12，根据四个全柔顺支链2的运动来确定微动平台3的运动，从而使固定在微动平台3上的精密定位器4产生运动，最终实现超精密定位。
本发明中精密定位器4、微动平台3、压电陶瓷驱动14等均为现有产品。
本发明继承了并联机构空间多自由度运动特性，克服常规方式由于螺纹孔行程和传动摩擦等因素对精密定位精度的影响，达到纳米级超精密定位。

Claims (2)

1.一种具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台，其特征在于：四个相同全柔顺支链（2）中每个支链均与相邻支链互相垂直并且均匀的固定在基座（1）上，微动平台（3）安装在四个全柔顺支链（2）的运动输出端（12）上，精密定位器（4）固定在微动平台（3）的中心位置；
全柔顺支链（2）是在整块弹簧钢板（15）上切割形成，使其成为具有多个柔性运动副和柔性连杆的全柔顺支链；全柔顺支链（2）以柔性转动副（5）为起点，第一柔性连杆（6）的一端与柔性转动副（5）连接，另一端通过柔性移动副（7）与第二柔性连杆（8）连接；第三柔性连杆（10）的一端通过柔性U型副（9）与第二柔性连杆（8）连接，另一端通过柔性转动副（11）与运动输出端（12）相连接；第四柔性连杆（13）的两端分别连接第二柔性连杆（8）和弹簧钢板（15）；压电陶瓷驱动（14）驱动第四柔性连杆（13），通过第二柔性连杆（8）使各柔性运动副及各柔性连杆产生运动，将运动传递至运动输出端（12）。
2.根据权利要求1所述一种具有全柔顺支链的空间四自由度微动超精密定位平台，其特征在于：柔性U型副（9）由两个轴线相互正交的柔性转动副组成，分别连接在第二柔性连杆（8）、第三柔性连杆（10）两端，为第四柔性连杆（13）提供转动约束。
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