CN105448353B - 紧凑型多层纳米伺服平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型多层纳米伺服平台，所述紧凑型多层纳米伺服平台包括：基座；终端平台；X向和Y向驱动器；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性导向件，第一Y向柔性解耦件与终端平台和X向驱动器相连，第一X向柔性导向件与X向驱动器相连；以及第一X向柔性解耦件和第一Y向柔性导向件，第一X向柔性解耦件与终端平台和Y向驱动器相连，第一Y向柔性导向件与Y向驱动器相连。第一X向和第一Y向柔性导向件中的至少一个位于第一Y向和第一X向柔性解耦件中的相应的至少一个的下方且在上下方向上相对。根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台具有结构紧凑、运动精度高和厘米级大行程等优点。

Description

紧凑型多层纳米伺服平台

技术领域

本发明涉及一种紧凑型多层纳米伺服平台。

背景技术

现有的二维纳米柔性运动平台存在结构尺寸大、终端平台支撑效果差的缺陷。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有尺寸小、终端平台支撑效果好的优点的紧凑型多层纳米伺服平台。

根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台包括：基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；X向驱动器和Y向驱动器；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性导向件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述X向驱动器相连，所述第一X向柔性导向件设在所述基座上，所述第一X向柔性导向件沿Y向延伸且与所述X向驱动器相连；以及第一X向柔性解耦件和第一Y向柔性导向件，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述Y向驱动器相连，所述第一Y向柔性导向件设在所述基座上，所述第一Y向柔性导向件沿X向延伸且与所述Y向驱动器相连，所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性导向件中的至少一个位于所述第一Y向柔性解耦件和所述第一X向柔性解耦件中的相应的至少一个的下方且在上下方向上相对。

根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台具有尺寸小、终端平台支撑效果好的优点。

另外，根据本发明上述实施例的紧凑型多层纳米伺服平台还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述紧凑型多层纳米伺服平台进一步包括：第一X向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸，所述X向驱动器、所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性解耦件中的每一个均与所述第一X向刚性连接件相连；和第一Y向刚性连接件，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸，所述Y向驱动器、所述第一Y向柔性导向件和所述第一X向柔性解耦件中的每一个均与所述第一Y向刚性连接件相连。

根据本发明的一个实施例，所述终端平台包括终端平台本体、L形的第一连接部和L 形的第二连接部，所述第一连接部的X向部沿X向延伸且与所述终端平台本体相连，所述第一连接部的Y向部沿Y向延伸且与所述第一Y向柔性解耦件相连，所述第二连接部的Y向部沿Y向延伸且与所述终端平台本体相连，所述第二连接部的X向部沿X向延伸且与所述第一X向柔性解耦件相连，所述基座包括基座本体以及设在所述基座本体上的第一安装部和第二安装部，所述第一X向柔性导向件的第一端与所述第一X向刚性连接件相连且第二端与所述第一安装部相连，所述第一Y向柔性导向件的第一端与所述第一Y向刚性连接件相连且第二端与所述第二安装部相连，所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性导向件在上下方向上与所述基座本体间隔开。

根据本发明的一个实施例，所述紧凑型多层纳米伺服平台进一步包括：第二X向柔性导向件，所述第二X向柔性导向件与所述第一X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第二X向柔性导向件沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连；第二Y向柔性导向件，所述第二Y向柔性导向件与所述第一Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第二Y向柔性导向件沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一X向柔性导向件与所述第一X向刚性连接件的第一端相连，所述第二X向柔性导向件与所述第一X向刚性连接件的第二端相连，所述第一Y向柔性导向件与所述第一Y向刚性连接件的第一端相连，所述第二Y向柔性导向件与所述第一Y向刚性连接件的第二端相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一X向柔性解耦件为两个且两个所述第一X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第一Y向柔性解耦件为两个且两个所述第一Y向柔性解耦件相对X向对称，所述第一X向柔性导向件为两个且两个所述第一X向柔性导向件相对X向对称，所述第二X向柔性导向件为两个且两个所述第二X向柔性导向件相对X向对称，所述第一Y向柔性导向件为两个且两个所述第一Y向柔性导向件相对Y向对称，所述第二Y向柔性导向件为两个且两个所述第二Y向柔性导向件相对Y向对称。

根据本发明的一个实施例，所述紧凑型多层纳米伺服平台进一步包括：第二X向刚性连接件和第二Y向刚性连接件，所述第二X向刚性连接件沿X向延伸，所述第二Y向刚性连接件沿Y向延伸；第二Y向柔性解耦件，所述第二Y向柔性解耦件沿X向延伸，所述第二Y向柔性解耦件的第一端与所述第二X向刚性连接件相连，所述第二Y向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；第二X向柔性解耦件，所述第二X向柔性解耦件沿Y向延伸，所述第二X向柔性解耦件的第一端与所述第二Y向刚性连接件相连，所述第二X向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；第三X向柔性导向件，所述第三X向柔性导向件设在所述基座上且位于所述第二Y向柔性解耦件的下方，所述第三X向柔性导向件在上下方向上与所述第二Y向柔性解耦件相对，所述第三X向柔性导向件沿Y向延伸且与所述第二X向刚性连接件相连；和第三Y向柔性导向件，所述第三Y向柔性导向件设在所述基座上且 位于所述第二X向柔性解耦件的下方，第三Y向柔性导向件在上下方向上与所述第二X向柔性解耦件相对，所述第三Y向柔性导向件沿X向延伸且与所述第二Y向刚性连接件相连。

根据本发明的一个实施例，所述紧凑型多层纳米伺服平台进一步包括：第四X向柔性导向件，所述第四X向柔性导向件和所述第三X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第四X向柔性导向件沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第二X向刚性连接件相连；和第四Y向柔性导向件，所述第四Y向柔性导向件和所述第三Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第四Y向柔性导向件沿X向延伸且分别与所述基座和所述第二Y向刚性连接件相连。

根据本发明的一个实施例，所述第二X向柔性解耦件为两个且两个所述第一X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第二Y向柔性解耦件为两个且两个所述第一Y向柔性解耦件相对X向对称，所述第三X向柔性导向件为两个且两个所述第三X向柔性导向件相对X向对称，所述第四X向柔性导向件为两个且两个所述第四X向柔性导向件相对X向对称，所述第三Y向柔性导向件为两个且两个所述第三Y向柔性导向件相对Y向对称，所述第四Y向柔性导向件为两个且两个所述第四Y向柔性导向件相对Y向对称。

根据本发明的一个实施例，所述第二X向柔性解耦件为两个且两个所述第二X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第二Y向柔性解耦件为两个且两个所述第二Y向柔性解耦件相对X向对称，所述第三X向柔性导向件为两个且两个所述第三X向柔性导向件相对X向对称，所述第三Y向柔性导向件为两个且两个所述第三Y向柔性导向件相对X向对称，所述第一X向柔性解耦件与所述第二X向柔性解耦件相对X向对称，所述第一Y向柔性解耦件与所述第二Y向柔性解耦件相对Y向对称，所述第一X向柔性导向件与所述第三X向柔性导向件相对Y向对称，所述第一Y向柔性导向件与所述第三Y向柔性导向件相对X向对称，优选地，所述紧凑型多层纳米伺服平台通过3D打印一体成型，优选地，所述紧凑型多层纳米伺服平台为塑料材质(如ABS)，通过3D打印一体成型。

附图说明

图1是根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台的俯视图；

图2是根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台的局部结构示意图；

图4是根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台的局部结构示意图；

图5是根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台的主视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图 描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10。如图1-图5所示，根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10包括基座101、终端平台102、X向驱动器(图中未示出)、Y向驱动器(图中未示出)、第一Y向柔性解耦件1041、第一X向柔性导向件1051、第一X向柔性解耦件1042和第一Y向柔性导向件1053。

终端平台102位于基座101的边沿的内侧。第一Y向柔性解耦件1041沿X向延伸，第一Y向柔性解耦件1041分别与终端平台102和该X向驱动器相连。第一X向柔性导向件1051设在基座101上，第一X向柔性导向件1051沿Y向延伸，第一X向柔性导向件1051与该X向驱动器相连。

第一X向柔性解耦件1042沿Y向延伸，第一X向柔性解耦件1042分别与终端平台102和该Y向驱动器相连。第一Y向柔性导向件1053设在基座101上，第一Y向柔性导向件1053沿X向延伸，第一Y向柔性导向件1053与该Y向驱动器相连。

其中，第一X向柔性导向件1051和第一Y向柔性导向件1053中的至少一个位于第一Y向柔性解耦件1041和第一X向柔性解耦件1042中的相应的至少一个的下方且在上下方向上相对。

也就是说，第一X向柔性导向件1051位于第一Y向柔性解耦件1041的下方且第一X向柔性导向件1051在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对，或者第一Y向柔性导向件1053位于第一X向柔性解耦件1042的下方且第一Y向柔性导向件1053在上下方向上与第一X向柔性解耦件1042相对，或者第一X向柔性导向件1051位于第一Y向柔性解耦件1041的下方、第一Y向柔性导向件1053位于第一X向柔性解耦件1042的下方且第一X向柔性导向件1051与第一Y向柔性解耦件1041在上下方向上相对、第一Y向柔性导向件1053与第一X向柔性解耦件1042在上下方向上相对。上下方向如图5中的箭头A所示。

其中，第一X向柔性导向件1051在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对是指：第一Y向柔性解耦件1041在X向上具有第一端和第二端，第一X向柔性导向件1051在X向上位于第一Y向柔性解耦件1041的该第一端与该第二端之间。第一Y向柔性导向件1053在上下方向上与第一X向柔性解耦件1042相对是指：第一X向柔性解耦件1042在Y向上具有第一端和第二端，第一Y向柔性导向件1053在Y向上位于第一X向柔性解耦件1042的该第一端与该第二端之间。

在现有的大行程多层纳米伺服平台中，X向柔性导向件与Y向柔性解耦件在X向上并排设置，导致现有的大行程多层纳米伺服平台在X向上的尺寸很大，且Y向柔性导向件与X向柔性解耦件在Y向上并排设置，导致现有的大行程多层纳米伺服平台在Y向上的尺寸很大。

当第一X向柔性导向件1051位于第一Y向柔性解耦件1041的下方且在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对时，可以减小紧凑型多层纳米伺服平台10在X向上的尺寸。而且，由于第一X向柔性导向件1051在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对，因此第一X向柔性导向件1051与第一X向刚性连接件1031的连接处邻近第一Y向柔性解耦件1041与第一X向刚性连接件1031的连接处，从而可以更好地抑制第一X向刚性连接件1031的转动，即可以充分地抑制终端平台102的转动，以便提高对终端平台102的支撑效果。

当第一Y向柔性导向件1053位于第一X向柔性解耦件1042的下方且在上下方向上与第一X向柔性解耦件1042相对时，可以减小紧凑型多层纳米伺服平台10在Y向上的尺寸。而且，由于第一Y向柔性导向件1053在上下方向上与第一X向柔性解耦件1042相对，因此第一Y向柔性导向件1053与第一Y向刚性连接件1032的连接处邻近第一X向柔性解耦件1042与第一Y向刚性连接件1032的连接处，从而可以更好地抑制第一Y向刚性连接件1032的转动，即可以充分地抑制终端平台102的转动，以便提高对终端平台102的支撑效果。

根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10通过将第一X向柔性导向件1051和第一Y向柔性导向件1053中的至少一个位于第一Y向柔性解耦件1041和第一X向柔性解耦件1042中的相应的至少一个的下方，从而可以减小紧凑型多层纳米伺服平台10在X向和Y向中的相应的至少一个上的尺寸，由此可以使紧凑型多层纳米伺服平台10的结构更加紧凑。

因此，根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10具有结构紧凑、尺寸小、便于携带、终端平台支撑效果好等优点。

如图1-图5所示，在本发明的一些实施例中，紧凑型多层纳米伺服平台10包括基座101、终端平台102、X向驱动器、Y向驱动器、第一X向刚性连接件1031、第一Y向刚性连接件1032、第二X向刚性连接件1033、第二Y向刚性连接件1034、第一Y向柔性解耦件1041、第一X向柔性解耦件1042、第二Y向柔性解耦件1043、第二X向柔性解耦件1044、第一X向柔性导向件1051、第二X向柔性导向件1052、第一Y向柔性导向件1053、第二Y向柔性导向件1054、第三X向柔性导向件1055、第四X向柔性导向件1056、第三Y向柔性导向件1057、第四Y向柔性导向件1058、X向光栅106和Y向光栅107。

X向驱动器和Y向驱动器中的每一个都可以是音圈电机或压电陶瓷。第一Y向柔性解耦件1041、第一X向柔性解耦件1042、第二Y向柔性解耦件1043、第二X向柔性解耦件1044、第一X向柔性导向件1051、第二X向柔性导向件1052、第一Y向柔性导向件1053、第二Y向柔性导向件1054、第三X向柔性导向件1055、第四X向柔性导向件1056、第三Y向柔 性导向件1057和第四Y向柔性导向件1058中的每一个都可以是柔性板簧。

基座101可以包括基座本体1011以及设在基座本体1011上的第一安装部1012至第八安装部1019，基座本体1011可以是回字形。终端平台102可以包括终端平台本体1021以及设在终端平台本体1021上的第一连接部1022至第八连接部1029，终端平台本体1021可以是回字形。具体而言，基座本体1011的内边沿和外边沿都可以是正方形，终端平台本体1021的内边沿和外边沿也都可以是正方形。第一连接部1022至第八连接部1029中的每一个均为L形，即第一连接部1022至第八连接部1029中的每一个均包括X向部和Y向部。

第一连接部1022、第二连接部1023、第五连接部1026和第六连接部1027中的每一个的X向部10222、10232、10262、10272与终端平台本体1021相连，第三连接部1024、第四连接部1025、、第七连接部1028和第八连接部1029中的每一个的Y向部10242、10252、10282、10292与终端平台本体1021相连。

如图1-图4所示，第二X向刚性连接件1033沿X向延伸，第二Y向刚性连接件1034沿Y向延伸。第三X向柔性导向件1055和第四X向柔性导向件1056沿X向间隔开地设置，第三X向柔性导向件1055和第四X向柔性导向件1056中的每一个沿Y向延伸且分别与基座101和第二X向刚性连接件1033相连以便约束第二X向刚性连接件1033的非X向运动。第三Y向柔性导向件1057和第四Y向柔性导向件1058沿Y向间隔开地设置，第三Y向柔性导向件1057和第四Y向柔性导向件1058中的每一个沿X向延伸且分别与基座101和第二Y向刚性连接件1034相连以便约束第二Y向刚性连接件1034的非Y向运动。

也就是说，第三X向柔性导向件1055对第二X向刚性连接件1033的作用与第一X向柔性导向件1051对第一X向刚性连接件1031的作用相同，第四X向柔性导向件1056对第二X向刚性连接件1033的作用与第二X向柔性导向件1052对第一X向刚性连接件1031的作用相同。第三Y向柔性导向件1057对第二Y向刚性连接件1034的作用与第一Y向柔性导向件105对第一Y向刚性连接件1032的作用相同，第四Y向柔性导向件1058对第二Y向刚性连接件1034的作用与第二Y向柔性导向件1054对第一Y向刚性连接件1032的作用相同。

有利地，第一X向刚性连接件1031与第二X向刚性连接件1033相对Y向对称，第一Y向刚性连接件1032与第二Y向刚性连接件1034相对X向对称。第一X向柔性导向件1051与第三X向柔性导向件1055相对Y向对称，第二X向柔性导向件1052与第四X向柔性导向件1056相对Y向对称。第一Y向柔性导向件1053与第三Y向柔性导向件1057相对X向对称，第二Y向柔性导向件1054与第四Y向柔性导向件1058相对X向对称。高度的对称性提高了紧凑型多层纳米伺服平台10的运动精度。

在本发明的一个实施例中，如图1-图4所示，第一X向柔性导向件1051与第一X向刚性连接件1031的第一端(例如第一X向刚性连接件1031的邻近终端平台本体1021的端部)相连，第二X向柔性导向件1052与第一X向刚性连接件1031的第二端(例如第一X向刚性连接件1031的远离终端平台本体1021的端部)相连。第三X向柔性导向件1055与第二X向刚性连接件1033的第一端(例如第二X向刚性连接件1033的邻近终端平台本体1021的端部)相连，第四X向柔性导向件1056与第二X向刚性连接件1033的第二端(例如第二X向刚性连接件1033的远离终端平台本体1021的端部)相连。

第一Y向柔性导向件1053与第一Y向刚性连接件1032的第一端(例如第一Y向刚性连接件1032的邻近终端平台本体1021的端部)相连，第二Y向柔性导向件1054与第一Y向刚性连接件1032的第二端(例如第一Y向刚性连接件1032的远离终端平台本体1021的端部)相连。第三Y向柔性导向件1057与第二Y向刚性连接件1034的第一端(例如第二Y向刚性连接件1034的邻近终端平台本体1021的端部)相连，第四Y向柔性导向件1058与第二Y向刚性连接件1034的第二端(例如第二Y向刚性连接件1034的远离终端平台本体1021的端部)相连。

换言之，第一X向柔性导向件1051位于第二X向柔性导向件1052的内侧，第三X向柔性导向件1055位于第四X向柔性导向件1056的内侧，第一Y向柔性导向件1053位于第二Y向柔性导向件1054的内侧，第三Y向柔性导向件1057位于第四Y向柔性导向件1058的内侧。其中，邻近终端平台本体1021的方向为内向，远离终端平台本体1021的方向为外向。

由此可以增大第一X向柔性导向件1051与第二X向柔性导向件1052之间的距离、第三X向柔性导向件1055与第四X向柔性导向件1056之间的距离、第一Y向柔性导向件1053与第二Y向柔性导向件1054之间的距离以及第三Y向柔性导向件1057与第四Y向柔性导向件1058之间的距离，从而可以增大作用在第一X向刚性连接件1031、第二X向刚性连接件1033、第一Y向刚性连接件1032和第二Y向刚性连接件1034上的支撑力臂，以便使平台支撑效果更好，极大地抑制了第一X向刚性连接件1031、第二X向刚性连接件1033、第一Y向刚性连接件1032和第二Y向刚性连接件1034的转动，大大地降低了双轴耦合度，使终端平台102的运动精度有了质的飞跃。

而且，由于可以进一步约束第一X向刚性连接件1031和第二X向刚性连接件1033的非X向运动以及第一Y向刚性连接件1032和第二Y向刚性连接件1034的非Y向运动，因此可以更加精确地测量终端平台102的平面位移。

其中，第一X向柔性导向件1051越邻近第一X向刚性连接件1031与第一Y向柔性解耦件1041的连接处，第一X向柔性导向件1051抑制第一X向刚性连接件1031转动的效果越明显，第三X向柔性导向件105越邻近第二X向刚性连接件1033与第二Y向柔性解耦件 1043的连接处，第三X向柔性导向件105抑制第二X向刚性连接件1033转动的效果越明显。第一Y向柔性导向件1053越邻近第一Y向刚性连接件1032与第一X向柔性解耦件1042的连接处，第一Y向柔性导向件1053抑制第一Y向刚性连接件1032转动的效果越明显，第三Y向柔性导向件1057越邻近第二Y向刚性连接件1034与第二X向柔性解耦件1044的连接处，第三Y向柔性导向件1057抑制第二Y向刚性连接件1034转动的效果越明显。

如图1-图5所示，第一X向柔性导向件1051位于第二X向柔性导向件1052和第一Y向柔性解耦件1041的下方，第一X向柔性导向件1051在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对，第三X向柔性导向件1055位于第四X向柔性导向件1056和第二Y向柔性解耦件1043的下方，第三X向柔性导向件1055在上下方向上与第二Y向柔性解耦件1043相对。第一Y向柔性导向件1053位于第二Y向柔性导向件1054和第一X向柔性解耦件1042的下方，第一Y向柔性导向件1053在上下方向上与第一X向柔性解耦件1042相对，第三Y向柔性导向件1057位于第四Y向柔性导向件1058和第二X向柔性解耦件1044的下方,第三Y向柔性导向件1057在上下方向上与第二X向柔性解耦件1044相对。由此可以使紧凑型多层纳米伺服平台10的结构更加紧凑，而且终端平台102与第一X向柔性导向件1051、第三X向柔性导向件1055、第一Y向柔性导向件1053和第三Y向柔性导向件1057互不接触，从而保证在运动的过程中不存在任何摩擦，提高了终端平台102的运动精度。

其中，第三X向柔性导向件1055在上下方向上与第二Y向柔性解耦件1043相对是指：第二Y向柔性解耦件1043在X向上具有第一端和第二端，第三X向柔性导向件1055在X向上位于第二Y向柔性解耦件1043的该第一端与该第二端之间。第三Y向柔性导向件1057在上下方向上与第二X向柔性解耦件1044相对是指：第二X向柔性解耦件1044在Y向上具有第一端和第二端，第三Y向柔性导向件1057在Y向上位于第二X向柔性解耦件1044的该第一端与该第二端之间。

具体而言，由于第一X向柔性导向件1051在上下方向上与第一Y向柔性解耦件1041相对，因此第一X向柔性导向件1051与第一X向刚性连接件1031的连接处邻近第一Y向柔性解耦件1041与第一X向刚性连接件1031的连接处，从而可以更好地抑制第一X向刚性连接件1031的转动。同理，第三X向柔性导向件1055可以更好地抑制第二X向刚性连接件1033的转动，第一Y向柔性导向件1053可以更好地抑制第一Y向刚性连接件1032的转动，第三Y向柔性导向件1057可以更好地抑制第二Y向刚性连接件1034的转动。有利地，如图1所示，第一X向柔性导向件1051为两个且两个第一X向柔性导向件1051相对X向对称，第二X向柔性导向件1052为两个且两个第二X向柔性导向件1052相对X向对称，第三X向柔性导向件1055为两个且两个第三X向柔性导向件1055相对X向对称，第四X向柔性导向件1056为两个且两个第四X向柔性导向件1056相对X向对称。

第一Y向柔性导向件1053为两个且两个第一Y向柔性导向件1053相对Y向对称，第二Y向柔性导向件1054为两个且两个第二Y向柔性导向件1054相对Y向对称。第三Y向柔性导向件1057为两个且两个第三Y向柔性导向件1057相对Y向对称，第四Y向柔性导向件1058为两个且两个第四Y向柔性导向件1058相对Y向对称。高度的对称性提高了紧凑型多层纳米伺服平台10的运动精度。

如图1-图4所示，一个第一X向柔性导向件1051的第一端与第一X向刚性连接件1031相连且第二端与第一安装部1012相连，另一个第一X向柔性导向件1051的第一端与第一X向刚性连接件1031相连且第二端与第二安装部1013相连。一个第二X向柔性导向件1052的第一端与第一X向刚性连接件1031相连且第二端与第三安装部1014相连，另一个第二X向柔性导向件1052的第一端与第一X向刚性连接件1031相连且第二端与第四安装部1015相连。一个第三X向柔性导向件1055的第一端与第二X向刚性连接件1033相连且第二端与第五安装部1016相连，另一个第三X向柔性导向件1055的第一端与第二X向刚性连接件1033相连且第二端与第七安装部1018相连。一个第四X向柔性导向件1056的第一端与第二X向刚性连接件1033相连且第二端与第六安装部1017相连，另一个第四X向柔性导向件1056的第一端与第二X向刚性连接件1033相连且第二端与第八安装部1019相连。

一个第一Y向柔性导向件1053的第一端与第一Y向刚性连接件1032相连且第二端与第二安装部1013相连，另一个第一Y向柔性导向件1053的第一端与第一Y向刚性连接件1032相连且第二端与第五安装部1016相连。一个第二Y向柔性导向件1054的第一端与第一Y向刚性连接件1032相连且第二端与第四安装部1015相连，另一个第二Y向柔性导向件1054的第一端与第一Y向刚性连接件1032相连且第二端与第六安装部1017相连。一个第三Y向柔性导向件1057的第一端与第二Y向刚性连接件1034相连且第二端与第七安装部1018相连，另一个第三Y向柔性导向件1057的第一端与第二Y向刚性连接件1034相连且第二端与第一安装部1012相连。一个第四Y向柔性导向件1058的第一端与第二Y向刚性连接件1034相连且第二端与第八安装部1019相连，另一个第四Y向柔性导向件1058的第一端与第二Y向刚性连接件1034相连且第二端与第三安装部1014相连。

其中，第一X向柔性导向件1051、第二X向柔性导向件1052、第三X向柔性导向件1055、第四X向柔性导向件1056、第一Y向柔性导向件1053、第二Y向柔性导向件1054、第三Y向柔性导向件1057和第四Y向柔性导向件1058中的每一个在上下方向上与基座本体1011间隔开。

如图1-图4所示，在本发明的一些示例中，第二Y向柔性解耦件1043沿X向延伸且分别与终端平台102和第二X向刚性连接件1033相连，第二X向柔性解耦件1044沿Y向延伸且分别与终端平台102和第二Y向刚性连接件1034相连。其中，第二Y向柔性解耦件 1043对第二X向刚性连接件1033的作用与第一Y向柔性解耦件1041对第一X向刚性连接件1031的作用相同，第二X向柔性解耦件1044对第二Y向刚性连接件1034的作用与第一X向柔性解耦件1042对第一Y向刚性连接件1032的作用相同。

如图1-图4所示，第一Y向柔性解耦件1041、第二Y向柔性解耦件1043、第一X向柔性解耦件1042和第二X向柔性解耦件1044中的每一个都可以是两个。其中，两个第一Y向柔性解耦件1041相对X向对称，两个第二Y向柔性解耦件1043相对X向对称，两个第一X向柔性解耦件1042相对Y向对称，两个第二X向柔性解耦件1044相对Y向对称。对称结构设计可以提高紧凑型多层纳米伺服平台10的运动精度。

第一Y向柔性解耦件1041与第二Y向柔性解耦件1043相对Y向对称，第一X向柔性解耦件1042与第二X向柔性解耦件1044相对X向对称。由此可以进一步提高紧凑型多层纳米伺服平台10的运动精度。

如图1-图4所示，第一X向刚性连接件1031、第一Y向刚性连接件1032、第二X向刚性连接件1033和第二Y向刚性连接件1034中的每一个为T形且包括X向部和Y向部。

具体而言，一个第一Y向柔性解耦件1041的第一端与第一X向刚性连接件1031的Y向部10311相连且第二端与第一连接部1022的Y向部10221相连，另一个第一Y向柔性解耦件1041的第一端与第一X向刚性连接件1031的Y向部10311相连且第二端与第二连接部1023的Y向部10231相连。第一X向刚性连接件1031的X向部10312在Y向上位于两个第一Y向柔性解耦件1041之间。

一个第一X向柔性解耦件1042的第一端与第一Y向刚性连接件1032的X向部10321相连且第二端与第三连接部1024的X向部10241相连，另一个第一X向柔性解耦件1042的第一端与第一Y向刚性连接件1032的X向部10321相连且第二端与第四连接部1025的X向部10251相连。第一Y向刚性连接件1032的Y向部10322在X向上位于两个第一X向柔性解耦件1042之间。

一个第二Y向柔性解耦件1043的第一端与第二X向刚性连接件1033的Y向部10331相连且第二端与第五连接部1026的Y向部10261相连，另一个第二Y向柔性解耦件1043的第一端与第二X向刚性连接件1033的Y向部10331相连且第二端与第六连接部1027的Y向部10271相连。第二X向刚性连接件1033的X向部10332在Y向上位于两个第二Y向柔性解耦件1043之间。

一个第二X向柔性解耦件1044的第一端与第二Y向刚性连接件1034的X向部10341相连且第二端与第七连接部1028的X向部10281相连，另一个第二X向柔性解耦件1044的第一端与第二Y向刚性连接件1034的X向部10341相连且第二端与第八连接部1029的X向部10291相连。第二Y向刚性连接件1034的Y向部10342在X向上位于两个第二X向 柔性解耦件1044之间。由此可以使紧凑型多层纳米伺服平台10的结构更加合理。

在本发明的一个具体示例中，紧凑型多层纳米伺服平台10通过3D打印一体成型。由此不仅可以进一步提高终端平台102的运动精度，而且可以进一步将第一X向刚性连接件1031、第一Y向刚性连接件1032、第二X向刚性连接件1033和第二Y向刚性连接件1034的非轴向运动限制在光栅非轴向许可误差范围内。

有利地，紧凑型多层纳米伺服平台10为塑料材质，通过3D打印一体成型。由此可以进一步提高紧凑型多层纳米伺服平台10的行程。

X向光栅106包括设在第一X向刚性连接件1031的上表面上的X向光栅尺1061以及用于测量X向光栅尺1061在X向上的位移的X向光栅传感器1062，Y向光栅107包括设在第一Y向刚性连接件1032的上表面上的Y向光栅尺1071以及用于测量Y向光栅尺1071在Y向上的位移的Y向光栅传感器1072。此外，X向光栅106和Y向光栅107可以按照已知的方式进行安装。也就是说，如何将光栅(X向光栅106和Y向光栅107)安装到被测部件上是已知的。

下面参照图1-图5描述根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10的工作过程。当该X向驱动器驱动终端平台102时，驱动力作用于第一X向刚性连接件1031，通过第一Y向柔性解耦件1041带动终端平台102沿X向运动，终端平台102通过第二Y向柔性解耦件1043带动第二X向刚性连接件1033运动。当X向驱动力为拉力，第一Y向柔性解耦件1041和第二Y向柔性解耦件1043均处于受压状态，但压力在一定范围内时，第一Y向柔性解耦件1041和第二Y向柔性解耦件1043均不会受压失稳。

当终端平台102沿X方向运动时，使得第一X向柔性解耦件1042和第二X向柔性解耦件1044产生挠变形，从而对第一Y向刚性连接件1032和第二Y向刚性连接件1034产生了拉力(弯矩)。第一Y向柔性导向件1053和第二Y向柔性导向件1054反作用于第一Y向刚性连接件1032，充分地抑制了第一Y向刚性连接件1032的转动，第三Y向柔性导向件1057和第四Y向柔性导向件1058反作用于第二Y向刚性连接件1034，充分地抑制了第二Y向刚性连接件1034的转动，大大地提高了Y方向测量的精度。

当该Y向驱动器驱动终端平台102时，驱动力作用于第一Y向刚性连接件1032，通过第一X向柔性解耦件1042带动终端平台102沿Y向运动，终端平台102通过第二X向柔性解耦件1044带动第二Y向刚性连接件1034运动。当Y向驱动力为拉力，第一X向柔性解耦件1042和第二X向柔性解耦件1044均处于受拉状态，但压力在一定范围内时，第一X向柔性解耦件1042和第二X向柔性解耦件1044均不会受压失稳。

当终端平台102沿Y方向运动时，使得第一Y向柔性解耦件1041和第二Y向柔性解耦件1043产生挠变形，从而对第一X向刚性连接件1031和第二X向刚性连接件1033产生了 拉力(弯矩)。第一X向柔性导向件1051和第二X向柔性导向件1052反作用于第一X向刚性连接件1031，充分地抑制了第一X向刚性连接件1031的转动，第三X向柔性导向件1055和第四X向柔性导向件1056反作用于第二X向刚性连接件1033，充分地抑制了第二X向刚性连接件1033的转动，大大提高了X方向测量的精度。

当该X向驱动器和该Y向驱动器同时工作时，在X向和Y向上分别产生上述运动，从而实现终端平台102在平面(XOY平面)内的自由运动。第一Y向柔性解耦件1041、第一X向柔性解耦件1042、第二Y向柔性解耦件1043和第二X向柔性解耦件1044的存在，保证了终端平台102的高精度运动，即紧凑型多层纳米伺服平台10高度的解耦性保证了终端平台102的高精度运动。

正是由于本申请的发明人将紧凑型多层纳米伺服平台10的结构设计与测量相结合考虑，因此根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10通过设置与第一X向刚性连接件1031和基座101相连的第一X向柔性导向件1051和第二X向柔性导向件1052以及与第一Y向刚性连接件1032和基座101相连的第一Y向柔性导向件1053和第二Y向柔性导向件1054，从而可以利用第一X向柔性导向件1051和第二X向柔性导向件1052约束第一X向刚性连接件1031的非X向运动，以及利用第一Y向柔性导向件1053和第二Y向柔性导向件1054约束第一Y向刚性连接件1032的非Y向运动。

换言之，第一X向刚性连接件1031的非X向运动小于预设值，第一Y向刚性连接件1032的非Y向运动小于预设值。也就是说，第一X向刚性连接件1031基本上只沿X向运动，第一Y向刚性连接件1032基本上只沿Y向运动。

第一X向柔性导向件1051和第二X向柔性导向件1052限制了第一X向刚性连接件1031的Y向平动以及平面内的转动。第一Y向柔性导向件1053和第二Y向柔性导向件1054限制了第一Y向刚性连接件1032的X向平动以及平面内的转动。因此，第一X向刚性连接件1031和第一Y向刚性连接件1032能够满足光栅大行程精密测量的条件。也就是说，第一X向刚性连接件1031和第一Y向刚性连接件1032的非轴向运动被限制在光栅非轴向许可误差范围内，即第一X向刚性连接件1031和第一Y向刚性连接件1032的非轴向运动被限制在光栅的几何限度内。

第三X向柔性导向件1055的作用与第一X向柔性导向件1051的作用相同或相似，第四X向柔性导向件1056的作用与第二X向柔性导向件1052的作用相同或相似，第三Y向柔性导向件1057的作用与第一Y向柔性导向件1053的作用相同或相似，第四Y向柔性导向件1058的作用与第二Y向柔性导向件1054的作用相同或相似，在此不再描述。

由此可以利用X向光栅106测量第一X向刚性连接件1031在X向上的位移以及利用Y向光栅107测量第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移的，再根据第一X向刚性连接件1031在X向上的位移和第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移，计算得到终端平台102的平面位移。

因此，根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10具有结构简单、制造成本低(无需使用昂贵的测量装置)、便于使用、便于携带、便于测量终端平台102的平面位移等优点。

此外，根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10满足解耦和导向分离，导向件单独导向，解耦件单独解耦。

有利地，根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10为紧凑型大行程多层纳米伺服平台。其中，术语“大行程”是指紧凑型多层纳米伺服平台10具有厘米级的行程，术语“纳米”是指紧凑型多层纳米伺服平台10具有纳米级的运动精度。

下面描述根据本发明实施例的紧凑型多层纳米伺服平台10的采用光栅的测量方法，所述采用光栅的测量方法包括以下步骤：

A)利用X向光栅106测量第一X向刚性连接件1031在X向上的位移，利用Y向光栅107测量第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移；和

B)根据第一X向刚性连接件1031在X向上的位移和第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移，计算得到终端平台102的平面位移。

也就是说，根据本发明实施例的采用光栅的测量方法可以用于测量紧凑型多层纳米伺服平台10的终端平台102的平面位移。其中，第一X向刚性连接件1031在X向上的位移被视为终端平台102在X向上的位移，第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移被视为终端平台102在Y向上的位移。

根据本发明实施例的采用光栅的测量方法步骤简单，可以方便地、容易地、精确地测量出终端平台102的平面位移，且无需使用昂贵、复杂的测量仪器，也无需对测量结构进行繁复的补偿。

有利地，根据本发明实施例的采用光栅的测量方法进一步包括：利用第一X向刚性连接件1031在X向上的位移(该位移由X向光栅106测量得到)减去第一X向刚性连接件1031的X向寄生运动以便得到终端平台102在X向上的位移，利用第一Y向刚性连接件1032在Y向上的位移(该位移由Y向光栅107测量得到)减去第一Y向刚性连接件1032的Y向寄生运动以便得到终端平台102在Y向上的位移，利用终端平台102在X向和Y向上的位移得到终端平台102的平面位移。由此可以更加精确地测量终端平台102的平面位移。

其中，第一X向刚性连接件1031的X向寄生运动与终端平台102的Y向位移满足多项式的关系，第一Y向刚性连接件1032的Y向寄生运动与终端平台102的X向位移满足多项式的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，包括：

基座；

终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；

X向驱动器和Y向驱动器；

第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性导向件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述X向驱动器相连，所述第一X向柔性导向件设在所述基座上，所述第一X向柔性导向件沿Y向延伸且与所述X向驱动器相连；以及

第一X向柔性解耦件和第一Y向柔性导向件，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述Y向驱动器相连，所述第一Y向柔性导向件设在所述基座上，所述第一Y向柔性导向件沿X向延伸且与所述Y向驱动器相连，所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性导向件中的至少一个位于所述第一Y向柔性解耦件和所述第一X向柔性解耦件中的相应的至少一个的下方且在上下方向上相对。

2.根据权利要求1所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，进一步包括：

第一X向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸，所述X向驱动器、所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性解耦件中的每一个均与所述第一X向刚性连接件相连；和

第一Y向刚性连接件，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸，所述Y向驱动器、所述第一Y向柔性导向件和所述第一X向柔性解耦件中的每一个均与所述第一Y向刚性连接件相连。

3.根据权利要求2所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，

所述终端平台包括终端平台本体、L形的第一连接部和L形的第二连接部，所述第一连接部的X向部沿X向延伸且与所述终端平台本体相连，所述第一连接部的Y向部沿Y向延伸且与所述第一Y向柔性解耦件相连，所述第二连接部的Y向部沿Y向延伸且与所述终端平台本体相连，所述第二连接部的X向部沿X向延伸且与所述第一X向柔性解耦件相连，

所述基座包括基座本体以及设在所述基座本体上的第一安装部和第二安装部，所述第一X向柔性导向件的第一端与所述第一X向刚性连接件相连且第二端与所述第一安装部相连，所述第一Y向柔性导向件的第一端与所述第一Y向刚性连接件相连且第二端与所述第二安装部相连，所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性导向件在上下方向上与所述基座本体间隔开。

4.根据权利要求2所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，进一步包括：

第二X向柔性导向件，所述第二X向柔性导向件与所述第一X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第二X向柔性导向件沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连；

第二Y向柔性导向件，所述第二Y向柔性导向件与所述第一Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第二Y向柔性导向件沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连。

5.根据权利要求4所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，所述第一X向柔性导向件与所述第一X向刚性连接件的第一端相连，所述第二X向柔性导向件与所述第一X向刚性连接件的第二端相连，所述第一Y向柔性导向件与所述第一Y向刚性连接件的第一端相连，所述第二Y向柔性导向件与所述第一Y向刚性连接件的第二端相连。

6.根据权利要求4所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，

所述第一X向柔性解耦件为两个且两个所述第一X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第一Y向柔性解耦件为两个且两个所述第一Y向柔性解耦件相对X向对称，

所述第一X向柔性导向件为两个且两个所述第一X向柔性导向件相对X向对称，所述第二X向柔性导向件为两个且两个所述第二X向柔性导向件相对X向对称，

所述第一Y向柔性导向件为两个且两个所述第一Y向柔性导向件相对Y向对称，所述第二Y向柔性导向件为两个且两个所述第二Y向柔性导向件相对Y向对称。

7.根据权利要求2所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，进一步包括：

第二X向刚性连接件和第二Y向刚性连接件，所述第二X向刚性连接件沿X向延伸，所述第二Y向刚性连接件沿Y向延伸；

第二Y向柔性解耦件，所述第二Y向柔性解耦件沿X向延伸，所述第二Y向柔性解耦件的第一端与所述第二X向刚性连接件相连，所述第二Y向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；

第二X向柔性解耦件，所述第二X向柔性解耦件沿Y向延伸，所述第二X向柔性解耦件的第一端与所述第二Y向刚性连接件相连，所述第二X向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；

第三X向柔性导向件，所述第三X向柔性导向件设在所述基座上且位于所述第二Y向柔性解耦件的下方，所述第三X向柔性导向件在上下方向上与所述第二Y向柔性解耦件相对，所述第三X向柔性导向件沿Y向延伸且与所述第二X向刚性连接件相连；和

第三Y向柔性导向件，所述第三Y向柔性导向件设在所述基座上且位于所述第二X向柔性解耦件的下方，第三Y向柔性导向件在上下方向上与所述第二X向柔性解耦件相对，所述第三Y向柔性导向件沿X向延伸且与所述第二Y向刚性连接件相连。

8.根据权利要求7所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，进一步包括：

第四X向柔性导向件，所述第四X向柔性导向件和所述第三X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第四X向柔性导向件沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第二X向刚性连接件相连；和

第四Y向柔性导向件，所述第四Y向柔性导向件和所述第三Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第四Y向柔性导向件沿X向延伸且分别与所述基座和所述第二Y向刚性连接件相连。

9.根据权利要求8所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，

所述第二X向柔性解耦件为两个且两个所述第二X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第二Y向柔性解耦件为两个且两个所述第二Y向柔性解耦件相对X向对称，

所述第三X向柔性导向件为两个且两个所述第三X向柔性导向件相对X向对称，所述第四X向柔性导向件为两个且两个所述第四X向柔性导向件相对X向对称，

所述第三Y向柔性导向件为两个且两个所述第三Y向柔性导向件相对Y向对称，所述第四Y向柔性导向件为两个且两个所述第四Y向柔性导向件相对Y向对称。

10.根据权利要求7所述的紧凑型多层纳米伺服平台，其特征在于，

所述第二X向柔性解耦件为两个且两个所述第二X向柔性解耦件相对Y向对称，所述第二Y向柔性解耦件为两个且两个所述第二Y向柔性解耦件相对X向对称，所述第三X向柔性导向件为两个且两个所述第三X向柔性导向件相对X向对称，所述第三Y向柔性导向件为两个且两个所述第三Y向柔性导向件相对X向对称，

所述第一X向柔性解耦件与所述第二X向柔性解耦件相对X向对称，所述第一Y向柔性解耦件与所述第二Y向柔性解耦件相对Y向对称，所述第一X向柔性导向件与所述第三X向柔性导向件相对Y向对称，所述第一Y向柔性导向件与所述第三Y向柔性导向件相对X向对称。