CN106251910B - 一种纳微定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳微定位平台，包括运动输入装置、柔性运动平台及用于固定柔性运动平台的平台底座，运动输入装置通过第一输入杠杆与柔性运动平台的一侧连接，柔性运动平台该侧通过柔性铰链连接有输出平台；第一输入杠杆的首端与平台底座连接，其中段设置有连接第一运动输入装置的第一输入台，其末端设置有连接第二运动输入装置的第二输入台，其末端的另一侧与柔性运动平台连接。在杠杆的不同位置分别设置不同的输入台用于输入位移，通过不同的输入台位置输入位移并通过第一输入杠杆的传递运动可以实现不同的位移放大倍数，相应的输出位移的精度也就不同，能够适应不同应用场景下，对于不同输出行程倍数及不同精度的需求。

Description

一种纳微定位平台

技术领域

本发明涉及机械位移放大设备技术领域，更具体地说，涉及一种纳微定位平台。

背景技术

随着科学技术的日益发展，纳米技术的不断提高，为了追求好品质的生活质量，许多领域对纳微米级定位平台提出更高的要求。如超精密加工制造业，生物细胞工程，芯片光刻机及引线缝合机等对纳微平台都有较高的精度要求。

在由精密驱动器驱动的纳微定位平台领域中，精度和行程是它进一步发展应用矛盾的主要瓶颈。目前实现运动平台大行程高定位精度的方法是采用宏微两级工作台，宏动台实现大行程、微动台实现最终的定位精度。这类定位平台设计的主要思路是将两种类型的电动机结合起来，直流电动机控制机构大范围运动，精密驱动器保证终端执行器的高精度。这种设计广泛运用于柔性机制的定位平台中，但是一些特定情况下，无法满足大行程要求。

普通纳微定位平台受到自身固有结构的限制工能单一，而设备在实际应用中的各项指标需求通常是多样的，这就导致了为了达到目的往往需要准备不同种类的纳微定位平台，在一定程度上造成了设备成本的浪费。

综上所述，如何有效地解决现有的纳微定位输出装置难以满足不同精度及输出行程的定位要求等的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳微定位平台，该纳微定位平台的结构设计可以有效地解决现有的纳微定位输出装置难以满足不同精度及输出行程的定位要求等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳微定位平台，包括运动输入装置、柔性运动平台及用于固定柔性运动平台的平台底座，所述运动输入装置通过第一输入杠杆与所述柔性运动平台的一侧连接，所述柔性运动平台该侧通过柔性铰链连接有输出平台；所述第一输入杠杆的首端与平台底座连接，其中段设置有连接第一运动输入装置的第一输入台，其末端设置有连接第二运动输入装置的第二输入台，其末端的另一侧与所述柔性运动平台连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述第一输入台与所述第一输入杠杆之间通过第一柔性铰链连接，所述第一输入杠杆的末端与所述柔性运动平台之间通过第二柔性铰链连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台包括半包围结构的第一杠杆，所述第一杠杆的顶端通过所述第二柔性铰链与所述第一输入杠杆连接，第一杠杆顶端的另一侧通过对称设置的第三柔性铰链和第四柔性铰链，与设置于所述输出平台一侧的第一输出杆的顶侧连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述第一杠杆背离所述第一输入杠杆的底端设置开口，所述开口的内侧对称设置有第五柔性铰链和第六柔性铰链，所述第一杠杆底端的内侧通过柔性铰链与所述第一输出杆的底侧连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述第一输出杆的端部设置有T形连接端，通过所述T形连接端的两侧分别与所述第三柔性铰链、第四柔性铰链及第五柔性铰链、第六柔性铰链连接，所述第一输出杆的另一端穿过所述开口与所述输出平台固定连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台还包括与所述平台底座安装固定的固定部，所述第一杠杆的左右两外侧分别通过一对外侧柔性铰链与所述固定部连接。

优选的，上述纳微定位平台中，所述第一柔性铰链、第二柔性铰链及所述外侧柔性铰链均为圆弧型柔性铰链；所述第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链及第六柔性铰链连接均为直梁型柔性铰链。

优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台垂直于所述第一输入杠杆输入方向的一侧还连接有第二输入杠杆，所述第二输入杠杆与所述第一输入杠杆结构相同，其末端与柔性运动平的第二杠杆连接，所述第二杠杆与所述第一杠杆结构相同，所述输出平台垂直于所述第一输出杆的方向还设置有第二输出杆，所述第二输出杆、所述第二杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆与所述第一杠杆之间的连接结构相同。

优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台与所述第一输入杠杆输入方向正对另的一侧还连接有第三输入杠杆，所述第三输入杠杆与所述第一输入杠杆结构相同，其末端与柔性运动平的第三杠杆连接，所述第三杠杆与所述第一杠杆结构相同，所述输出平台与所述第一输出杆的方向正对的另一侧还设置有第三输出杆，所述第三输出杆、所述第三杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆与所述第一杠杆之间的连接结构相同。

优选的，上述纳微定位平台中，所述运动输入装置具体为压电陶瓷驱动器。

本发明提供的纳微定位平台，包括运动输入装置、柔性运动平台及用于固定柔性运动平台的平台底座，所述运动输入装置通过第一输入杠杆与所述柔性运动平台的一侧连接，所述柔性运动平台该侧通过柔性铰链连接有输出平台；所述第一输入杠杆的首端与平台底座连接，其中段设置有连接第一运动输入装置的第一输入台，其末端设置有连接第二运动输入装置的第二输入台，其末端的另一侧与所述柔性运动平台连接。这种纳微定位平台中采用柔性运动平台放大位移，柔性运动平台包括由柔性铰链连接的杠杆，采用柔性铰链连接传导位移，在柔性铰链和杠杆本身位置及尺寸精准的情况下，可以保证位移的较为精确的放大；在此基础上，通过第一输入杠杆将运动输入装置的位移输出给柔性运动平台，在杠杆的不同位置分别设置不同的输入台用于输入位移，通过不同的输入台位置输入位移并通过第一输入杠杆的传递运动可以实现不同的位移放大倍数，相应的输出位移的精度也就不同。这种在第一输入杠杆上设置不同输入位移位置的设计，能够较好的适应实际使用中不同应用场景下，对于不同输出行程倍数及不同精度的需求，提高了同一套设备的利用率，节约了使用成本，有效地解决了现有的纳微定位输出装置难以满足不同精度及输出行程的定位要求的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的纳微定位平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的纳微定位平台的第一杠杆位置的放大结构示意图。

附图中标记如下：

第一输入杠杆1、第一输入台1-1、第二输入台1-2、第一柔性铰链1-3、第二柔性铰链1-4、第一杠杆2、输出平台3、第一输出杆4、T形连接端4-1、第三柔性铰链4-2、第四柔性铰链4-3、第五柔性铰链4-4、第六柔性铰链4-5、固定部5、外侧柔性铰链5-1、第二输入杠杆6。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种纳微定位平台，以解决现有的纳微定位输出装置难以满足不同精度及输出行程的定位要求等的技术问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2，图1为本发明实施例提供的纳微定位平台的结构示意图；图2为本发明实施例提供的纳微定位平台的第一杠杆位置的放大结构示意图。

本发明实施例提供的纳微定位平台，包括运动输入装置、柔性运动平台及用于固定柔性运动平台的平台底座，所述运动输入装置通过第一输入杠杆1与所述柔性运动平台的一侧连接，所述柔性运动平台该侧通过柔性铰链连接有输出平台3；所述第一输入杠杆1的首端与平台底座连接，其中段设置有连接第一运动输入装置的第一输入台1-1，其末端设置有连接第二运动输入装置的第二输入台1-2，其末端的另一侧与所述柔性运动平台连接。

其中需要说明的是，柔性运动平台包括通过柔性铰链结构连接的杠杆及平台组件，实现准确的位移放大，柔性运动平台的固定部分与平台底座固定连接，活动部分不与平台底座连接，第一输入杠杆的末端的正反两侧分别与第二输入平台及柔性运动平台连接；此外第一输入杠杆上所设置的输入台不仅仅限于第一和第二输入台，根据不同的行程和精度要求还可在第一输入杠杆上的其他位置设置其他的输入台，以便适应更多不同的使用需求。

另外，首端、末端和中段是相对的概念，用于说明杠杆或平台上连接点的相对位置，并无具体的尺寸和位置限制，具体应用中可通过需要输出的位移的大小和柔性铰链的设计具体调整铰接点的位置以适应具体应用环境。

这种纳微定位平台中采用柔性运动平台放大位移，柔性运动平台包括由柔性铰链连接的杠杆，采用柔性铰链连接传导位移，在柔性铰链和杠杆本身位置及尺寸精准的情况下，可以保证位移的较为精确的放大；在此基础上，通过第一输入杠杆将运动输入装置的位移输出给柔性运动平台，在杠杆的不同位置分别设置不同的输入台用于输入位移，通过不同的输入台位置输入位移并通过第一输入杠杆的传递运动可以实现不同的位移放大倍数，相应的输出位移的精度也就不同。这种在第一输入杠杆上设置不同输入位移位置的设计，能够较好的适应实际使用中不同应用场景下，对于不同输出行程倍数及不同精度的需求，提高了同一套设备的利用率，节约了使用成本，有效地解决了现有的纳微定位输出装置难以满足不同精度及输出行程的定位要求的技术问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述第一输入台1-1与所述第一输入杠杆1之间通过第一柔性铰链1-3连接，所述第一输入杠杆1的末端与所述柔性运动平台之间通过第二柔性铰链1-4连接。

柔性铰链是一种结构简单、形状较为规则的弹性支承，具有和几何中心轴重合的回转中心，依靠在圆周径向均布的弹性薄片的有限变形进行工作。在扭转载荷下，绕其回转中心在有限角度范围内产生回转运动。本实施例中采用的柔性铰链本身可以与杠杆或平台内的其他固定部件一体成型加工，可有效避免装配误差。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台包括半包围结构的第一杠杆2，所述第一杠杆2的顶端通过所述第二柔性铰链1-4与所述第一输入杠杆1连接，第一杠杆2顶端的另一侧通过对称设置的第三柔性铰链4-2和第四柔性铰链4-3，与设置于所述输出平台3一侧的第一输出杆4的顶侧连接。

本实施例提供的技术方案通过半包围结构的第一杠杆配合对称设置的柔性铰链实现位移的放大，通过第一输入杠杆对第一杠杆的顶端输出压力和位移，通过第一杠杆另一侧的两个柔性铰链向第一输出杆传递位移，由于第三、第四柔性铰链对称的与第一输出杠杆相连，能够防止输出位移方向发生偏移，并通过第一输出杆向输出平台传递位移令输出平台向输出杆的轴向发生位移。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述第一杠杆2背离所述第一输入杠杆1的底端设置开口，所述开口的内侧对称设置有第五柔性铰链4-4和第六柔性铰链4-5，所述第一杠杆2底端的内侧通过柔性铰链与所述第一输出杆4的底侧连接。

本实施例提供的技术方案在上述技术方案的基础上，进一步的在第一杠杆的开口一侧的内侧设置对称的柔性铰链连接第一输出杆的另一侧，通过第五和第六柔性铰链辅助第三、第四柔性铰链传递运动，提高了输出行程的稳定性和精准度。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述第一输出杆4的端部设置有T形连接端4-1，通过所述T形连接端4-1的两侧分别与所述第三柔性铰链4-2、第四柔性铰链4-3及第五柔性铰链4-4、第六柔性铰链4-5连接，所述第一输出杆4的另一端穿过所述开口与所述输出平台3固定连接。

本实施例提供的技术方案进一步优化了第三至第六柔性铰链与第一输出杆的连接方式，通过T形的端部结构，增加了端部可以固定柔性铰链的空间，令柔性铰链推动第一输出杆的位置可以更加均匀的分布在第一输出杆端部的两侧，令运动输出的平行度更好。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台还包括与所述平台底座安装固定的固定部5，所述第一杠杆2的左右两外侧分别通过一对外侧柔性铰链5-1与所述固定部5连接。

本实施例提供的技术方案中固定部为柔性运动平台的延伸部分，柔性运动平台通过固定部与平台底座实现安装固定，固定部并不仅仅指某一个特定结构而是柔性运动平台与平台底座固定不动的部分，通过第一杠杆的左右两外侧分别通过一对外侧柔性铰链与固定部连接有效确保了杠杆运动的支点固定稳定；此外这种左右两侧对称设置柔性铰链将传递运动的杠杆与固定部分连接的设计更够确保在输出运动时，在垂直于行程的方向上能够有效解耦，防止影响位移输出的精度。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述第一柔性铰链1-3、第二柔性铰链1-4及所述外侧柔性铰链5-1均为圆弧型柔性铰链；所述第三柔性铰链4-2、第四柔性铰链4-3、第五柔性铰链4-4及第六柔性铰链4-5连接均为直梁型柔性铰链。

其中，圆弧形铰链是铰链连接的两端在过度位置均采用圆弧形的设计，铰链本身呈现两个相对圆弧的结构，其在柔性铰链中具有运动传递精度高，转动范围较小的特点适合本技术方案中第一、第二柔性铰链的应用位置；梁型铰链是铰链连接的两端在过度位置均采用直角形的设计，由于设计需要，第三至第六柔性铰链需要能够实现较大的位移传递，由于其他柔性铰链的限位作用不要求很高的运动精度，所以采用直梁型柔性铰。。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台垂直于所述第一输入杠杆1输入方向的一侧还连接有第二输入杠杆6，所述第二输入杠杆6与所述第一输入杠杆1结构相同，其末端与柔性运动平的第二杠杆连接，所述第二杠杆与所述第一杠杆2结构相同，所述输出平台3垂直于所述第一输出杆4的方向还设置有第二输出杆，所述第二输出杆、所述第二杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆4与所述第一杠杆2之间的连接结构相同。

进一步的本实施例提供的技术方案在输出平台的另一侧同样设置与前述实施例中结构基本一致的位移传递结构，令纳微定位平台不仅可以实现单一方向上的精确输出行程，还能够在垂直前述实施例输出方向的方向进行位移的放大输出，实现了在整个平面的范围内实现位移的精确放大输出。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述柔性运动平台与所述第一输入杠杆1输入方向正对另的一侧还连接有第三输入杠杆，所述第三输入杠杆与所述第一输入杠杆1结构相同，其末端与柔性运动平的第三杠杆连接，所述第三杠杆与所述第一杠杆2结构相同，所述输出平台3与所述第一输出杆4的方向正对的另一侧还设置有第三输出杆，所述第三输出杆、所述第三杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆4与所述第一杠杆2之间的连接结构相同。

本实施例提出的技术方案的效果与上述实施例的效果相似，令位移的输出不仅仅局限于一个维度内的单一方向，而是可以实现正反双向的位移放大输出，进一步优化了设备的实用性。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述纳微定位平台中，所述运动输入装置具体为压电陶瓷驱动器。

压电陶瓷驱动器是一种利用压电陶瓷的逆压电原理，通过控制电流输入实现精确位移输出的装置，采用压电陶瓷驱动器能够提供精准的运动输入，从而令经过柔性运动平台发大输出的位移能够更加精准可控。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种纳微定位平台，包括运动输入装置、柔性运动平台及用于固定柔性运动平台的平台底座，其特征在于，所述运动输入装置通过第一输入杠杆与所述柔性运动平台的一侧连接，所述柔性运动平台该侧通过柔性铰链连接有输出平台；所述第一输入杠杆的首端与平台底座连接，其中段设置有连接第一运动输入装置的第一输入台，其末端设置有连接第二运动输入装置的第二输入台，其末端的另一侧与所述柔性运动平台连接；所述第一输入杠杆上设置有其他输入台；

所述第一输入台与所述第一输入杠杆之间通过第一柔性铰链连接，所述第一输入杠杆的末端与所述柔性运动平台之间通过第二柔性铰链连接；

所述柔性运动平台包括半包围结构的第一杠杆，所述第一杠杆的顶端通过所述第二柔性铰链与所述第一输入杠杆连接，第一杠杆顶端的另一侧通过对称设置的第三柔性铰链和第四柔性铰链，与设置于所述输出平台一侧的第一输出杆的顶侧连接。

2.根据权利要求1所述的纳微定位平台，其特征在于，所述第一杠杆背离所述第一输入杠杆的底端设置开口，所述开口的内侧对称设置有第五柔性铰链和第六柔性铰链，所述第一杠杆底端的内侧通过柔性铰链与所述第一输出杆的底侧连接。

3.根据权利要求2所述的纳微定位平台，其特征在于，所述第一输出杆的端部设置有T形连接端，通过所述T形连接端的两侧分别与所述第三柔性铰链、第四柔性铰链及第五柔性铰链、第六柔性铰链连接，所述第一输出杆的另一端穿过所述开口与所述输出平台固定连接。

4.根据权利要求3所述的纳微定位平台，其特征在于，所述柔性运动平台还包括与所述平台底座安装固定的固定部，所述第一杠杆的左右两外侧分别通过一对外侧柔性铰链与所述固定部连接。

5.根据权利要求4所述的纳微定位平台，其特征在于，所述第一柔性铰链、第二柔性铰链及所述外侧柔性铰链均为圆弧型柔性铰链；所述第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链及第六柔性铰链连接均为直梁型柔性铰链。

6.根据权利要求1至5任一项所述的纳微定位平台，其特征在于，所述柔性运动平台垂直于所述第一输入杠杆输入方向的一侧还连接有第二输入杠杆，所述第二输入杠杆与所述第一输入杠杆结构相同，其末端与柔性运动平台的第二杠杆连接，所述第二杠杆与所述第一杠杆结构相同，所述输出平台垂直于所述第一输出杆的方向还设置有第二输出杆，所述第二输出杆、所述第二杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆与所述第一杠杆之间的连接结构相同。

7.根据权利要求6所述的纳微定位平台，其特征在于，所述柔性运动平台与所述第一输入杠杆输入方向正对另的一侧还连接有第三输入杠杆，所述第三输入杠杆与所述第一输入杠杆结构相同，其末端与柔性运动平台的第三杠杆连接，所述第三杠杆与所述第一杠杆结构相同，所述输出平台设置有第三输出杆，所述第三输出杆位于与所述第一输出杆的方向正对的另一侧，所述第三输出杆、所述第三杠杆之间的连接结构同所述第一输出杆与所述第一杠杆之间的连接结构相同。

8.根据权利要求6所述的纳微定位平台，其特征在于，所述运动输入装置具体为压电陶瓷驱动器。