CN110310696B - 三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台 - Google Patents

三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微纳操作、精密定位技术领域，尤其涉及一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，包括基座、动平台以及两个结构完全相同的三级放大结构；压电陶瓷通过预紧螺栓固定在所述基座上，压电陶瓷输出端的半球和移动块上的圆弧箱连接，所述移动块的两侧分别通过第一平行叶片柔性板簧与第一固定基座连接；所述三级放大结构包括常规杠杆、L型杠杆和半桥式结构。整个定位平台采用线切割技术加以整体式的制造，克服了传统机械装置所带来的装配误差；采用柔性铰链作为传动副消除了传统运动副的摩擦问题；采用三级位移放大结构，有效提高了压电陶瓷在X、Y方向上的平动输出范围，其位移放大比远大于一般的二级位移放大定位平台。

Description

三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台
技术领域
本发明涉及微纳操作、精密定位技术领域，尤其涉及一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台。
背景技术
随着高精尖机械加工制造业发展、微纳米操作领域、微生物领域的发展，精密定位平台越来越成为探索微观领域的关键部分，也成为研究的一个热点。目前大部分的微定位平台都采用压电陶瓷驱动柔性铰链为主的柔性机构，可以有效克服传统运动副机构所带来的加工装配误差，且具有高输出力、高响应速度和高分辨率，但是压电陶瓷的输出位移是非常有限的，不能满足一般的应用要求，所以在设计微定位平台需要用位移放大机构来放大位移行程。然而，放大机构尤其是多级放大机构将会带来平台的体积较大、固有频率低等不利影响，因此有必要设计一种可以解决该问题的多级位移放大定位平台。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，其特征在于：包括基座、动平台以及两个结构完全相同的三级放大结构；压电陶瓷通过预紧螺栓固定在所述基座上，压电陶瓷输出端的半球和移动块上的圆弧箱连接，所述移动块的两侧分别通过第一平行叶片柔性板簧与第一固定基座连接；所述三级放大结构包括常规杠杆、L型杠杆和半桥式结构；三级放大结构是轴对称结构，压电陶瓷位于三级放大结构的轴线上，常规杠杆通过第一圆形柔性铰链与基座固定，常规杠杆通过第一直角柔性铰链与所述L型杠杆连接，所述常规杠杆的输出端通过第二直角柔性铰链与半桥式结构连杆的一端连接，半桥式结构连杆的另一端通过第三直角柔性铰链与所述半桥式结构的输入端连接；所述L型杠杆的另一端通过第二圆形柔性铰链与第二固定基座连接，L型杠杆的输入端通过第一传力杆与所述移动块连接；所述动平台采用空心设计的“回”字，所述动平台四周分别通过第二传力杆、第三传力杆与第二平行叶片柔性板簧、半桥式结构的输出端连接，且在半桥式结构的输出端两侧增加了第三平行叶片柔性板簧，来保证半桥式结构的输出为直线运动。
优选地，所述第一传力杆和第二传力杆采用的设计是变宽度的。
优选地，所述基座上设有定位孔。
本发明的有益效果是:整个定位平台采用线切割技术加以整体式的制造，克服了传统机械装置所带来的装配误差；采用柔性铰链作为传动副消除了传统运动副的摩擦问题；采用三级位移放大结构，有效提高了压电陶瓷在X、Y方向上的平动输出范围，其位移放大比远大于一般的二级位移放大定位平台；在设计该平台时，对平台的尺寸和部分结构加以优化，如第一传力杆、第二传力杆、“回”字体动平台，使平台有较好的刚度和固有频率，以此达到较好的动态性能；压电陶瓷的半球输出端和移动块上的圆弧保证了压电陶瓷的精密定位，平行叶片柔性板簧保证了平台的输入输出的直线性，提高了动平台的运动精度。
附图说明
图1为本发明的三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台整体结构示意图；
图2为本发明的三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台的三级位移放大结构示意图；
图中：1、基座，2、第一固定基座，3、第一平行叶片柔性板簧，4、预紧螺栓，5、压电陶瓷，6、移动块，7、三级位移放大结构，8、第一传力杆，9、第二固定基座，10、第三平行叶片柔性板簧，11、第二传力杆，12、动平台，13、第二平行叶片柔性板簧，14、第三传力杆，15、第一圆形柔性铰链，16、常规杠杆，17、第一直角柔性铰链，18、L型杠杆，19、第二直角柔性铰链，20、半桥式结构连杆，21第二圆形柔性铰链，22、第三直角柔性铰链，23、半桥式结构。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，包括基座1,三级放大结构7，动平台12。在所述基座1上设有定位孔。通过预紧螺钉4将压电陶瓷5与基座1固定，然后将压电陶瓷5输出端的半球和移动块6上的圆弧相连接，压电陶瓷5的半球和移动块6上的圆弧保证了压电陶瓷5的精密定位，且移动块6通过第一平行叶片柔性板簧3与第一固定基座2连接，第一平行叶片柔性板簧3保证了移动块6的运动为直线。
三级放大结构7输入端与移动块6通过第一传力杆8连接，三级放大结构7的输出端通过半桥式结构的输出端与第二传力杆11连接.三级放大结构7通过第一圆形柔性铰链15与基座1固定连接，且通过第二圆形柔性铰链21与第二固定基座9连接。动平台12采用空心设计的“回”字，在保证其固有功能的情况下，减小了动平台12的质量，分别通过第二传力杆11、第三传力杆14与叶片柔性板簧b13、半桥式结构23输出端连接，且在半桥式结构23的输出端两侧增加了第三平行叶片柔性板簧10来保证半桥式结构23的输出为直线运动。第一传力杆8和第二传力杆11采用的设计是变宽度的，不仅可以实现传力的效果，还增加了平台的刚度与平台的固有频率。
所述的三级放大结构7由常规杠杆16、L型杠杆18和半桥式结构23组成。三级放大结构7是个轴对称结构，将压电陶瓷5放置于三级放大结构7的轴线上，且L型杠杆18是倒L。常规杠杆16通过第一圆形柔性铰链15与基座1固定，作为杠杆固定支撑点端；通过第一直角柔性铰链17作为常规杠杆16力的输入端来传递L型杠杆18输出端的力；通过第二直角柔性铰链19作为常规杠杆16的位移输出端以此和半桥式结构23的输入端相连接。L型杠杆18和第二固定基座9连接由第二圆形柔性铰链21实现，且L型杠杆通过第一传力杆8连接移动块6。半桥式结构23将常规杠杆16的输出通过第二直角柔性铰链19、半桥式结构连杆20和第三直角柔性铰链22传递给半桥式结构23的输出端。
将压电陶瓷5放置在基座1的凹槽里，压电陶瓷5的半球输出端和移动块6上的圆弧点接触，进而移动块6通过第一传力杆8与L型杠杆18连接；L型杠杆18通过第二圆形柔性铰链21与第二固定基座9连接以此作为杠杆的支点；L型杠杆18的输出端和常规杠杆16的输入端通过第一直角柔性铰链17连接；常规杠杆16的输出通过第二直角柔性铰链19、半桥式结构连杆20和第三直角柔性铰链22传递给半桥式结构23的输出端，并且通过第二传力杆11、第三传力杆14传递给动平台12.
在本实施例中，当压电陶瓷5输入驱动电压时，压电陶瓷5将会伸长(缩短)并推动移动块6直线移动，从而在L型杠杆18的输入端通过第一传力杆8输入位移，然后通过L型杠杆18的输出端第一直角柔性铰链17来带动常规杠杆16，常规杠杆16经过其连杆16，而后在常规杠杆16的输出端即第二直角柔性铰链19将力和位移输出到半桥式结构23，半桥式结构23通过半桥式结构连杆20、第三直角柔性铰链22带动半桥式结构输出端直线运动，第二传力杆11将半桥式结构23的输出传递给动平台12，实现动平台12的平动。第一平行叶片柔性板簧3、第三平行叶片柔性板簧10保证了动平台的输入输出的直线性。
通过对两个压电陶5施加以不同的输入电压，从而可以实现动平台6沿着X、Y的平动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，其特征在于：包括基座、动平台以及两个结构完全相同的三级放大结构；压电陶瓷通过预紧螺栓固定在所述基座上，压电陶瓷输出端的半球和移动块上的圆弧箱连接，所述移动块的两侧分别通过第一平行叶片柔性板簧与第一固定基座连接；所述三级放大结构包括常规杠杆、L型杠杆和半桥式结构；三级放大结构是轴对称结构，压电陶瓷位于三级放大结构的轴线上，常规杠杆通过第一圆形柔性铰链与基座固定，常规杠杆通过第一直角柔性铰链与所述L型杠杆连接，所述常规杠杆的输出端通过第二直角柔性铰链与半桥式结构连杆的一端连接，所述半桥式结构连杆的另一端通过第三直角柔性铰链与所述半桥式结构的输入端连接；所述L型杠杆的另一端通过第二圆形柔性铰链与第二固定基座连接，L型杠杆的输入端通过第一传力杆与所述移动块连接；所述动平台采用空心设计的“回”字，所述动平台四周分别通过第二传力杆、第三传力杆与第二平行叶片柔性板簧、半桥式结构的输出端连接，且在半桥式结构的输出端两侧增加了第三平行叶片柔性板簧，来保证半桥式结构的输出为直线运动。
2.根据权利要求1所述的三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述第一传力杆和第二传力杆采用的设计是变宽度的。
3.根据权利要求1所述的三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述基座上设有定位孔。
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