CN108877871A - 一种驱动器内置式两自由度精密定位平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，该精密定位平台的特点在于采用压电陶瓷驱动和桥式放大结构，实现了较大的工作行程和较高的定位精度；精密定位平台采用驱动器内置的布置形式，增大了精密定位平台的工作面积；精密定位平台采用双平行柔性铰链结构，可实现X、Y方向平动，解耦效果良好。该精密定位平台具有精度高、工作面积大、解耦效果良好、加工方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及精密定位领域，具体涉及一种基于压电陶瓷驱动的驱动器内置式的两自由度精密定位平台。适用于微电子制造、生物医疗工程、光学器件调整、微装配及激光精密加工等精密工程应用领域。
背景技术
随着微电子制造、生物医疗工程、光学、微装配及激光精密加工等领域的不断发展，这些领域对精密定位平台也提出了更高的要求。目前的精密定位平台技术已经取得了很大发展，但在精密定位平台的结构形式、工作行程以及位移分辨率等方面仍有较大提升空间。随着加工技术的不断发展，对大行程精密定位平台也提出了越来越迫切的需求。
现有的微纳精密定位平台广泛采用柔性铰链构件，利用杆件薄弱部分的可复位弹性形变来传递运动、力和能量，具有无机械摩擦、无间隙、无需润滑、运动平稳、灵敏度高等诸多优点，可实现小范围的精确变形，采用压电陶瓷驱动形式及并联的结构形式，可以获得纳米级定位精度，但常常在不同自由度运动之间存在耦合情况，且由于驱动器采用外置的布置形式，精密定位平台的结构不够紧凑，精密定位平台的工作面积和行程较小，很难满足大尺寸精密电子元件的制备及大面积微细结构加工等工作情况。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，该精密定位平台的特点在于采用压电陶瓷驱动和桥式放大结构，实现了较大的工作行程和较高的定位精度；精密定位平台采用驱动器内置的布置形式，增大了精密定位平台的工作面积；精密定位平台采用双平行柔性铰链结构，可实现X、Y方向平动，解耦效果良好。该精密定位平台具有精度高、工作面积大、解耦效果良好、加工方便等特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，包括基座、X轴桥式放大机构、X轴压电陶瓷驱动器、X轴传递梁、X轴双平行四杆导向机构、X轴双直圆导向机构、Y轴桥式放大机构、Y轴压电陶瓷驱动器、Y轴传递梁、Y轴双平行四杆导向机构、Y轴双直圆导向机构和工作平台，所述基座为中心对称结构，所述X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构均对称布置于所述基座的对称轴线上，X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构的一端连接所述基座，所述X轴压电陶瓷驱动器、Y轴压电陶瓷驱动器分别放置于一侧的X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构中，并通过预紧螺栓和球形螺母与所述X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构相连，X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构的另一端分别连接所述X轴传递梁和Y轴传递梁的内侧，X轴传递梁和Y轴传递梁的外侧通过分别通过所述X轴双直圆导向机构和Y轴双直圆导向机构与所述工作平台连接，X轴传递梁和Y轴传递梁的两端分别通过所述X轴双平行四杆导向机构和Y轴双平行四杆导向机构与基座相连。
进一步的，所述工作平台为正方形环状结构。
进一步的，所述基座高于其余结构，且在基座上设有定位孔。
进一步的，基座、X轴桥式放大机构、X轴传递梁、X轴双平行四杆导向机构、X轴双直圆导向机构、Y轴桥式放大机构、Y轴传递梁、Y轴双平行四杆导向机构、Y轴双直圆导向机构和工作平台为一体成型加工形成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.采用压电陶瓷驱动器作为精密定位平台的驱动元件，有效提高了精密定位平台的位移分辨率和定位精度，且由于压电陶瓷驱动器刚度高、响应速度快等优点，明显改善了精密定位平台的静动态特性。
2.采用压电陶瓷驱动器内置于桥式放大器的驱动形式，实现了对压电陶瓷驱动器微小位移的放大效果，提高了精密定位平台的工作行程。
3.采用了双平行四杆导向机构和双直圆导向机构实现运动导向，使精密定位平台沿X、Y方向的平动实现运动解耦，提高了运动精度。
4.精密定位平台的桥式放大机构内置于工作平台中，提高了精密定位平台的有效工作面积，结构更为紧凑。
5.精密定位平台的基座、桥式放大机构、传递梁、双平行四杆导向机构、双直圆导向机构、工作平台为一体成型加工，使精密定位平台具有加工方便、易于控制等特点。
附图说明
图1是本发明实施例的平面结构示意图。
图2是本发明实施例的俯视结构示意图。
图3是本发明实施例的Y轴桥式放大机构示意图。
图中：1、基座，2、X轴桥式放大机构，3、X轴预紧螺栓，4、X轴球形螺母，5、X轴压电陶瓷驱动器，6、X轴传递梁，7、X轴双平行四杆导向机构，8、X轴双直圆导向机构，9、Y轴桥式放大机构，10、Y轴预紧螺栓，11、Y轴球形螺母，12、Y轴压电陶瓷驱动器，13、Y轴传递梁，14、Y轴双平行四杆导向机构，15、Y轴双直圆导向机构，16、工作平台
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3，一种驱动器内置的两自由度精密定位平台，包括基座1、X轴桥式放大机构2、X轴预紧螺栓3、X轴球形螺母4、X轴压电陶瓷驱动器5、X轴传递梁6、X轴双平行四杆导向机构7、X轴双直圆导向机构8、Y轴桥式放大机构9、Y轴预紧螺栓10、Y轴球形螺母11、Y轴压电陶瓷驱动器12、Y轴传递梁13、Y轴双平行四杆导向机构14、Y轴双直圆导向机构15和工作平台16。
精密定位平台的基座1为中心对称结构，基座1中心为较大的正方形结构且在四角处有较小的正方形结构，X轴桥式放大机构2、Y轴桥式放大机构9均对称布置于基座1的对称轴线上，X轴桥式放大机构2、Y轴桥式放大机构9的一端连接基座1，X轴压电陶瓷驱动器5、Y轴压电陶瓷驱动器12放置于一侧X轴桥式放大机构2、Y轴桥式放大机构9中，并通过X轴预紧螺栓3、Y轴预紧螺栓10和X轴球形螺母4、Y轴球形螺母11与X轴桥式放大机构2、Y轴桥式放大机构9相连，X轴桥式放大机构2、Y轴桥式放大机构9的另一端连接X轴传递梁6、Y轴传递梁13的内侧，所X轴传递梁6、Y轴传递梁13的两端通过X轴双平行四杆导向机构7、Y轴双平行四杆导向机构14与基座1相连，X轴双平行四杆导向机构7、Y轴双平行四杆导向机构14沿基座1对称轴方向对称布置，用于实现输入力解耦，X轴传递梁6、Y轴传递梁13的外侧通过X轴双直圆导向机构8、Y轴双直圆导向机构15与工作平台16连接，X轴双直圆导向机构8、Y轴双直圆导向机构15沿基座1对称轴方向对称布置，用于实现工作平台16运动解耦，工作平台16为正方形环状结构。
优选的，本实施例中基座1的高度稍高于其余结构，且在基座1上设置有定位孔。
优选的，基座1、X轴桥式放大机构2、X轴传递梁6、X轴双平行四杆导向机构7、X轴双直圆导向机构8、Y轴桥式放大机构9、Y轴传递梁13、Y轴双平行四杆导向机构14、Y轴双直圆导向机构15、工作平台16为一体成型加工。
本发明的工作原理如下：
当X轴压电陶瓷驱动器5两端施加驱动电压时，X轴压电陶瓷驱动器5将沿Y轴伸长并推动X轴桥式放大机构2的两端横梁，X轴桥式放大机构2将压电陶瓷驱动器5的微小输入位移进行放大，并将输入位移方向转换为X方向位移，从而拉动X轴传递梁6沿X轴方向平动。由于X轴双平行四杆导向机构7的牵制作用，X轴双平行四杆导向机构7将产生弹性变形，并约束输入力只作用于X轴方向。X轴传递梁6通过X轴双直圆导向机构8带动工作平台，沿X轴方向平动，同时由于Y轴双直圆导向机构15的解耦作用，将不会对Y轴压电陶瓷驱动器12产生影响。当撤掉X轴压电陶瓷驱动器5两端的驱动电压后，X轴压电陶瓷驱动器5将恢复原长，工作平台16在柔性铰链弹性力作用下回到初始位置。当Y轴压电陶瓷驱动器12两端施加驱动电压时，工作平台16将沿Y轴方向平动，同时不会对X轴压电陶瓷驱动器5产生影响。当X轴压电陶瓷驱动器5、Y轴压电陶瓷驱动器12两端同时施加驱动电压时，工作平台16将同时沿X轴、Y轴两个方向平动。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，其特征在于，包括基座、X轴桥式放大机构、X轴压电陶瓷驱动器、X轴传递梁、X轴双平行四杆导向机构、X轴双直圆导向机构、Y轴桥式放大机构、Y轴压电陶瓷驱动器、Y轴传递梁、Y轴双平行四杆导向机构、Y轴双直圆导向机构和工作平台，所述基座为中心对称结构，所述X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构均对称布置于所述基座的对称轴线上，X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构的一端连接所述基座，所述X轴压电陶瓷驱动器、Y轴压电陶瓷驱动器分别放置于一侧的X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构中，并通过预紧螺栓和球形螺母与所述X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构相连，X轴桥式放大机构、Y轴桥式放大机构的另一端分别连接所述X轴传递梁和Y轴传递梁的内侧，X轴传递梁和Y轴传递梁的外侧通过分别通过所述X轴双直圆导向机构和Y轴双直圆导向机构与所述工作平台连接，X轴传递梁和Y轴传递梁的两端分别通过所述X轴双平行四杆导向机构和Y轴双平行四杆导向机构与基座相连。
2.根据权利要求1所述一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，其特征在于，所述工作平台为正方形环状结构。
3.根据权利要求1所述一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，其特征在于，所述基座高于其余结构，且在基座上设有定位孔。
4.根据权利要求1所述一种驱动器内置式两自由度精密定位平台，其特征在于，所述基座、X轴桥式放大机构、X轴传递梁、X轴双平行四杆导向机构、X轴双直圆导向机构、Y轴桥式放大机构、Y轴传递梁、Y轴双平行四杆导向机构、Y轴双直圆导向机构和工作平台为一体成型加工形成。
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