CN105931675B - 一种并联式xyz三自由度微定位平台 - Google Patents

一种并联式xyz三自由度微定位平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联式xyz三自由度微定位平台，包括底座、xy平面微定位机构和z向微定位机构；xy平面微定位机构由音圈电机驱动，可实现大行程的运动范围，通过U形柔性铰链实现运动解耦，避免了细长柔性铰链承受压力时的失稳；z向微定位机构与xy平面微定位机构并联连接，并通过双平行板柔性铰链Ⅱ与xy平面微定位机构的运动平台Ⅰ连接，采用压电陶瓷驱动器驱动；四个半圆形柔性铰链通过产生变形使z向微定位机构的运动平台Ⅱ能跟随xy平面微定位机构的运动平台Ⅰ产生xy平面运动，运动平台Ⅱ在压电陶瓷驱动器的驱动下可进一步产生z向运动，从而实现x/y/z三向精密运动。本发明能够保证定位平台的固有频率基本不变。

Description

一种并联式xyz三自由度微定位平台
技术领域
本发明涉及一种xyz三自由度微定位平台，特别是涉及一种并联式xyz三自由度微定位平台。
背景技术
随着微纳技术的发展，具有高精度的微定位平台成为不可或缺的部件。目前情况下，xy平面微定位平台的结构设计虽然已经有取得了重大发展，但是对其大行程、高精度的要求还有待提高。除此之外，将z向运动与xy平面运动结合集成到一个平台上有着重要的应用，虽然将z向微定位机构与xy平面微定位机构进行串联可实现这一功能，但是这种简单的串联使z向微定位机构的质量完全附着到了xy平面定位机构的运动平台上，从而明显降低了定位平台的固有频率，减小了平台的工作带宽。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种并联式xyz三自由度微定位平台，该平台不仅能够实现xy平面上大行程高精度的运动、实现z向高精度运动，还能够保证定位平台的固有频率不会明显减小。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种并联式xyz三自由度微定位平台，包括底座和并联在其上面的xy平面微定位机构和z向微定位机构；所述xy平面微定位机构与所述底座平行，所述xy平面微定位机构采用全对称结构，包括基座Ⅰ和位于其中间位置处的运动平台Ⅰ，所述运动平台Ⅰ的外周边设有均布的四个U形柔性铰链，每个U形柔性铰链的外端连接有一个连接块，一个所述连接块通过一个双平行板柔性铰链Ⅰ与所述基座Ⅰ连接；所述基座Ⅰ固接在四个均布的支撑块上，所述支撑块固定在所述底座上；相邻的两个所述连接块分别由一个x向布置的音圈电机和一个y向布置的音圈电机驱动，所述音圈电机通过电机支座固定在所述底座上；所述z向微定位机构包括从下至上依次设置的基座Ⅱ、框式双平行板柔性铰链和运动平台Ⅱ，所述运动平台Ⅱ位于所述运动平台Ⅰ的中央上方，二者通过双平行板柔性铰链Ⅱ连接，所述双平行板柔性铰链Ⅱ沿x向或y向设置；所述运动平台Ⅱ的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅳ和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅲ与所述框式双平行板柔性铰链的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅲ和所述半圆形柔性铰链Ⅳ串联，所述框式双平行板柔性铰链的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅱ和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅰ与所述基座Ⅱ的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ和半圆形柔性铰链Ⅱ串联，所述基座Ⅱ固接在所述底座上；在所述框式双平行板柔性铰链中部设有压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的输出端通过预紧螺栓和盖形螺母连接，所述盖形螺母顶在所述框式双平行板柔性铰链的顶部下方；所述压电陶瓷驱动器以及所述半圆形柔性铰链Ⅰ、所述半圆形柔性铰链Ⅱ、所述半圆形柔性铰链Ⅲ和所述半圆形柔性铰链Ⅳ的中心位于同一竖直直线上。
所述半圆形柔性铰链Ⅲ与所述框式双平行板柔性铰链连接，所述半圆形柔性铰链Ⅱ与所述框式双平行板柔性铰链连接。
所述半圆形柔性铰链Ⅳ与所述框式双平行板柔性铰链连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ与所述框式双平行板柔性铰链连接。
所述盖形螺母的顶部采用球形结构。
本发明具有的优点和积极效果是：与xy平面微定位机构并联的z向微定位机构的质量主要由底座支撑，对xy平面微定位机构的运动平台Ⅰ只增加了很小的质量，且对xy平面微定位机构在x向和y向的刚度有所提高，因此保证了定位平台的固有频率不会明显减小。同时，xy平面微定位机构采用音圈电机驱动，实现了xy平面上大行程、高精度的运动，U形柔性铰链在运动过程中承受拉力，可避免细长的柔性铰链在承受压力时失稳。与xy平面微定位机构并联连接的z向微定位机构对运动平台Ⅰ具有z向支撑作用，提高了平台的z向刚度，半圆形柔性铰链Ⅰ与半圆形柔性铰链Ⅲ的联合使用解除了z向微定位机构对运动平台y向的运动限制，半圆形柔性铰链Ⅱ与半圆形柔性铰链Ⅳ的联合使用解除了z向微定位机构对运动平台x向的运动限制。压电陶瓷驱动器能够驱动运动平台Ⅱ进行z向高精度运动。综上所述，本发明通过采用z向微定位机构与xy平面微定位机构并联的结构，实现了x/y/z三个方向上的高精度运动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为的xy平面微定位机构结构示意图；
图3为本发明的z向微定位机构结构示意图。
图中：1、xy平面微定位机构：11、连接块，12、U形柔性铰链，13、运动平台Ⅰ，14、双平行板柔性铰链Ⅰ，15、基座Ⅰ，2、z向微定位机构：21、半圆形柔性铰链Ⅰ，22、半圆形柔性铰链Ⅱ，23、半圆形柔性铰链Ⅲ，24、半圆形柔性铰链Ⅳ，25、运动平台Ⅱ，26、双平行板柔性铰链Ⅱ，27、盖形螺母，28、预紧螺栓，29、压电陶瓷驱动器，210、框式双平行板柔性铰链，211、基座Ⅱ，3、音圈电机，4、支撑块，5、底座，6、电机支座。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图3，一种并联式xyz三自由度微定位平台，包括底座5和并联在其上面的xy平面微定位机构1和z向微定位机构2。
所述xy平面微定位机构1与所述底座5平行，所述xy平面微定位机构1采用全对称结构，包括基座Ⅰ15和位于其中间位置处的运动平台Ⅰ13，所述运动平台Ⅰ13的外周边设有均布的四个U形柔性铰链12，每个U形柔性铰链12的外端连接有一个连接块11，一个所述连接块11通过一个双平行板柔性铰链Ⅰ14与所述基座Ⅰ15连接；所述基座Ⅰ15固接在四个均布的支撑块4上，所述支撑块4固定在所述底座5上；相邻的两个所述连接块11分别由一个沿x向布置的音圈电机3和一个沿y向布置的音圈电机3驱动，两个音圈电机3分别进行x向和y向的驱动。所述音圈电机通过电机支座6固定在所述底座5上。所述xy平面微定位机构1采用关于前后左右四个方向对称且关于运动平台Ⅰ13中心对称的全对称结构，所述U形柔性铰链12用来支撑运动平台Ⅰ13和解耦x/y向运动，所述双平行板柔性铰链Ⅰ14用来引导音圈电机3沿轴线方向输出位移。
所述z向微定位机构2包括从下至上依次设置的基座Ⅱ211、框式双平行板柔性铰链210和运动平台Ⅱ25，所述运动平台Ⅱ25位于所述运动平台Ⅰ13的中央上方，二者通过双平行板柔性铰链Ⅱ26连接，所述双平行板柔性铰链Ⅱ26沿x向或y向设置，所述双平行板柔性铰链Ⅱ26保证了运动平台Ⅱ25竖直向上的运动方向。所述运动平台Ⅱ25的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅳ24和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅲ23与所述框式双平行板柔性铰链210的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅲ23和所述半圆形柔性铰链Ⅳ24串联，所述框式双平行板柔性铰链210的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅱ22和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅰ21与所述基座Ⅱ211的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ21和半圆形柔性铰链Ⅱ22串联，所述基座Ⅱ211固接在所述底座5上；在所述框式双平行板柔性铰链210中部设有压电陶瓷驱动器29，所述压电陶瓷驱动器29的输出端通过预紧螺栓28和盖形螺母27连接，所述盖形螺母27顶在所述框式双平行板柔性铰链210的顶部下方。在本实施例中，所述盖形螺母27的顶部采用球形结构，通过该球形结构对框式双平行板柔性铰链210顶端施加压力，以避免压电陶瓷驱动器29承受弯曲力矩。所述压电陶瓷驱动器29以及所述半圆形柔性铰链Ⅰ21、所述半圆形柔性铰链Ⅱ22、所述半圆形柔性铰链Ⅲ23和所述半圆形柔性铰链Ⅳ24的中心位于同一竖直直线上。
所述音圈电机3驱动xy平面微定位机构1进行平面运动时，z向微定位机构2中的半圆形柔性铰链Ⅰ21、半圆形柔性铰链Ⅱ22、半圆形柔性铰链Ⅲ23和半圆形柔性铰链Ⅳ24可产生变形，使得运动平台Ⅱ25能跟随运动平台Ⅰ13产生xy平面位移，所述运动平台Ⅱ25在压电陶瓷驱动器29的驱动下进一步产生z向运动，从而实现x/y/z三向精密运动。
在本实施例中，所述半圆形柔性铰链Ⅲ23与所述框式双平行板柔性铰链210连接，所述半圆形柔性铰链Ⅱ22与所述框式双平行板柔性铰链210连接。采用上述结构的好处在于，半圆形柔性铰链Ⅰ21与半圆形柔性铰链Ⅲ23的距离等于半圆形柔性铰链Ⅱ22与半圆形柔性铰链Ⅳ24的距离，而相等的距离使得z向微定位机构2对xy平面微定位机构1在x向和y向上的刚度的影响相同，从而达到xy平面内最大的工作空间。同理也可采用以下结构：所述半圆形柔性铰链Ⅳ24与所述框式双平行板柔性铰链210连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ21与所述框式双平行板柔性铰链210连接。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种并联式xyz三自由度微定位平台，其特征在于，包括底座和并联在其上面的xy平面微定位机构和z向微定位机构；
所述xy平面微定位机构与所述底座平行，所述xy平面微定位机构采用全对称结构，包括基座Ⅰ和位于其中间位置处的运动平台Ⅰ，所述运动平台Ⅰ的外周边设有均匀布置的四个U形柔性铰链，每个U形柔性铰链的外端连接有一个连接块，一个所述连接块通过一个双平行板柔性铰链Ⅰ与所述基座Ⅰ连接；所述基座Ⅰ固接在四个均匀布置的支撑块上，所述支撑块固定在所述底座上；相邻的两个所述连接块分别由一个x向布置的音圈电机和一个y向布置的音圈电机驱动，所述音圈电机通过电机支座固定在所述底座上；
所述z向微定位机构包括从下至上依次设置的基座Ⅱ、框式双平行板柔性铰链和运动平台Ⅱ，所述运动平台Ⅱ位于所述运动平台Ⅰ的中央上方，二者通过双平行板柔性铰链Ⅱ连接，所述双平行板柔性铰链Ⅱ沿x向或y向设置；所述运动平台Ⅱ的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅳ和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅲ与所述框式双平行板柔性铰链的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅲ和所述半圆形柔性铰链Ⅳ串联，所述框式双平行板柔性铰链的底面通过一个沿y向设置的半圆形柔性铰链Ⅱ和一个沿x向设置的半圆形柔性铰链Ⅰ与所述基座Ⅱ的顶面连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ和半圆形柔性铰链Ⅱ串联，所述基座Ⅱ固接在所述底座上；在所述框式双平行板柔性铰链中部设有压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的输出端通过预紧螺栓和盖形螺母连接，所述盖形螺母顶在所述框式双平行板柔性铰链的顶部下方；所述压电陶瓷驱动器以及所述半圆形柔性铰链Ⅰ、所述半圆形柔性铰链Ⅱ、所述半圆形柔性铰链Ⅲ和所述半圆形柔性铰链Ⅳ的中心位于同一竖直直线上。
2.根据权利要求 1所述的并联式xyz三自由度微定位平台，其特征在于，所述半圆形柔性铰链Ⅲ与所述框式双平行板柔性铰链连接，所述半圆形柔性铰链Ⅱ与所述框式双平行板柔性铰链连接。
3.根据权利要求 1所述的并联式xyz三自由度微定位平台，其特征在于，所述半圆形柔性铰链Ⅳ与所述框式双平行板柔性铰链连接，所述半圆形柔性铰链Ⅰ与所述框式双平行板柔性铰链连接。
4.根据权利要求 1所述的并联式xyz三自由度微定位平台，其特征在于，所述盖形螺母的顶部采用球形结构。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109584947A (zh) * 2018-09-28 2019-04-05 天津大学 基于桥式放大机构的三自由度大行程高精度微定位平台

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106563984B (zh) * 2016-10-28 2018-08-07 莆田市力天量控有限公司 用于轧制力传感器安装的基坑整平机
CN106737597B (zh) * 2017-01-12 2018-01-16 广东工业大学 一种xyz三自由度精密定位装置
CN106907550A (zh) * 2017-02-27 2017-06-30 华南农业大学 一种音圈电机驱动二维超精密定位平台
CN107464586B (zh) * 2017-08-17 2020-02-18 天津大学 一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台
CN107673305B (zh) * 2017-09-20 2019-12-13 宁波大学 一种两平动一转动三自由度并联柔性结构压电微动平台
CN108760485A (zh) * 2018-03-30 2018-11-06 天津大学 一种用于微纳米尺度物质物理特性检测的设备
CN108389603B (zh) * 2018-04-03 2023-09-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种双复合柔性平行四杆机构
CN108561700B (zh) * 2018-06-08 2020-03-06 天津大学 一种三自由度超声振动辅助加工精密定位平台
CN109261995B (zh) * 2018-09-29 2024-06-28 宁波大学 一种五自由度快速伺服刀架微动平台
CN109879245B (zh) * 2019-01-30 2021-05-07 宁波大学 两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台
CN110010190B (zh) * 2019-04-30 2021-11-16 珠海澳大科技研究院 三维恒力并联柔性微定位平台
CN110211627B (zh) * 2019-05-14 2023-12-22 江南大学 高精度大行程大有效台面空间平动精密定位平台
CN113464780B (zh) * 2021-05-25 2022-12-09 哈尔滨工业大学（深圳） 一种空间三平移自由度柔顺定位平台
CN113659867A (zh) * 2021-08-17 2021-11-16 中国民航大学 一种含三级位移放大机构的探针微进给平台及工作方法
CN114770448B (zh) * 2022-05-17 2023-11-03 阿米精控科技(山东)有限公司 一种过驱动并联型精密柔性差动转台

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101286369A (zh) * 2008-06-05 2008-10-15 上海交通大学 X-y-z三自由度串联式纳米级微定位工作台
CN101487989A (zh) * 2009-02-27 2009-07-22 上海微电子装备有限公司 六自由度精密定位平台
CN102446563A (zh) * 2011-09-26 2012-05-09 江苏大学 一种用于超精密定位的三自由度微操作正交并联工作台
CN104440817A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 山东大学 一种空间三维微位移精密定位装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100275717A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Benoit Poyet Precision positioning device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101286369A (zh) * 2008-06-05 2008-10-15 上海交通大学 X-y-z三自由度串联式纳米级微定位工作台
CN101487989A (zh) * 2009-02-27 2009-07-22 上海微电子装备有限公司 六自由度精密定位平台
CN102446563A (zh) * 2011-09-26 2012-05-09 江苏大学 一种用于超精密定位的三自由度微操作正交并联工作台
CN104440817A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 山东大学 一种空间三维微位移精密定位装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109584947A (zh) * 2018-09-28 2019-04-05 天津大学 基于桥式放大机构的三自由度大行程高精度微定位平台
CN109584947B (zh) * 2018-09-28 2020-11-24 天津大学 基于桥式放大机构的三自由度大行程高精度微定位平台

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