CN103111990A

CN103111990A - 一维微动平台的运动机构

Info

Publication number: CN103111990A
Application number: CN2011103660866A
Authority: CN
Inventors: 赵艳涛; 丁帅; 李惠清
Original assignee: Shanghai Aerospace Measurement Control Communication Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Measurement Control Communication Institute
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明涉及一种精密工作台，公开了一种一维微动平台的运动机构，包括：呈平面分布的铰链机构和驱动铰链机构的压电驱动器，根据本发明，上述的铰链机构为四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D；其中，两个双平行多杆柔性机构A，B相互平行，它们两端的垂直铰链与另外两个双平行多杆柔性机构C，D的中段连接；两个相互平行的双平行多杆柔性机构A，B的中段与压电驱动器连接；两个双平行多杆柔性机构C，D的末端通过螺钉与工作台固定连接。本发明解决了现有技术的微动装置中间部分受力失衡导致位移斜向而使整个装置的平动范围降低的问题，取得了分辨率高、系统刚度强、提高运动范围等有益效果。

Description

一维微动平台的运动机构

技术领域

本发明涉及一种精密工作台，尤其是一种一维微动平台的运动机构。

背景技术

目前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。

赵艳涛等人发明了一种微动装置(中国专利号ZL 200710037393.3)能够在一定程度上解决上述问题。在后续使用过程中发现，由于其双平行四杆或八杆柔性机构(A，B)一个端片与基座固连，另一个端片微动，而压电驱动器的位置是固定不变，容易导致双平行四杆或八杆柔性机构(A，B)的中间部分受力失衡，导致该部分的位移不是水平的，而是斜向的，使整个装置的平动范围降低。

发明内容

为了解决现有技术的微动装置中间部分受力失衡导致位移斜向而使整个装置的平动范围降低的问题，本发明的目的在于提供一种一维微动平台的运动机构。本发明由于具有较大的减速比，因此可以完全实现内部力和位移的对称平衡，提高工作台的分辨率和运动范围。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种一维微动平台的运动机构，该装置包括：

呈平面分布的铰链机构和驱动铰链机构的压电驱动器，根据本发明，上述的铰链机构为四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D，通过螺栓分别固定在基座上；其中，两个双平行多杆柔性机构A，B相互平行，它们两端的垂直铰链与另外两个双平行多杆柔性机构C，D的中段连接；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构A，B的中段与压电驱动器连接；两个双平行多杆柔性机构C，D的末端通过螺钉与工作台固定连接。

本发明一维微动平台的运动机构，由于采用上述技术方案，采用对称分布的双平行八杆柔性铰链机构，形成冗余约束；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，并能提高运动范围。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。因此，本发明解决了现有技术的微动装置中间部分受力失衡导致位移斜向而使整个装置的平动范围降低的问题，取得了分辨率高、系统刚度强、提高运动范围等有益效果。

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是本发明一维微动平台的运动机构的结构示意图；

图4是图3所示结构的机械原理图。

具体实施方式

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。

如图1、图2所示，包括：呈平面分布的铰链机构2和铰链机构2中间连接部分5，铰链机构2为四个双平行多杆柔性机构。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，通过安装在机构中部的压电驱动器，产生推动力F，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。

本发明的目的在于改进上述的缺陷，提高工作台的位移精度。

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图3是本发明一维微动平台的运动机构的结构示意图；如图3的实施例所示，该装置包括：

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，根据本发明，上述铰链机构2为四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D，通过螺栓4分别固定在基座1上；其中，两个双平行多杆柔性机构A，B相互平行，它们两端的垂直铰链与另外两个双平行多杆柔性机构C，D的中段连接；两个相互平行的双平行多杆柔性机构A，B的中段与压电驱动器3连接；两个双平行多杆柔性机构C，D的末端通过螺钉与工作台固定连接。

上述的四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D均是双平行四杆或八杆柔性机构，每个柔性机构包括：一片中段片，中段片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，所述长条形杆的另一端分别通过细条与两个端片连接。

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，分别与另外两个双平行四杆或八杆柔性机构C的中段片连成一片，双平行四杆或八杆柔性机构C，D两端的端片通过螺栓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。

下面进一步对本发明的工作原理描述如下：

图4是图3所示结构的机械原理图，图4中的铰链都是柔性铰链，压电驱动器3产生一个伸长变形的力F，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，D产生一个微位移，从而使工作台产生一个微位移。

由上所述，本发明一维微动平台的运动机构采用二级传动方式，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。

Claims

1.一种一维微动平台的运动机构，包括：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，所述的铰链机构为四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D，通过螺栓分别固定在基座上；其中，两个双平行多杆柔性机构A，B相互平行，它们两端的垂直铰链与另外两个双平行多杆柔性机构C，D的中段连接；所述的两个相互平行的双平行多杆柔性机构A，B的中段与压电驱动器连接；两个双平行多杆柔性机构C，D的末端通过螺钉与工作台固定连接。

2.如权利要求1所述的微动平台的运动机构，其特征在于：所述的四个双平行多杆柔性机构A，B，C，D均是双平行四杆或八杆柔性机构，每个柔性机构包括：一片中段片，中段片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，所述长条形杆的另一端分别通过细条与两个端片连接。

3.如权利要求1所述的微动平台的运动机构，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，分别与另外两个双平行四杆或八杆柔性机构C的中段片连成一片，双平行四杆或八杆柔性机构C，D两端的端片通过螺栓固定于基座上。

4.如权利要求1所述的微动平台的运动机构，其特征在于：所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A，B的中段固定连接。