CN110415761B - 一种紧凑型二维微纳伺服平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紧凑型二维微纳伺服平台，包括基座、位移放大机构，所述基座上设置有十字开槽，所述开槽的其中两个相邻的槽口向外延伸形成长槽口，所述微动平台呈正方形安装在开槽中心处，两个位移放大机构分别安装在长槽口内用于分别实现X轴方向、Y轴方向位移驱动；每个位移放大机构对应设置有主导向机构、副导向机构、位移传感器；所述主导向机构、副导向机构安装在开槽内且设置于微动平台相对的两侧，主导向机构位于微动平台与位移放大机构之间，主导向机构通过柔性铰链与位移放大机构连接，微动平台端面通过柔性铰链与主导向机构、副导向机构连接。本伺服平台具有结构紧凑、位移放大倍数高、无摩擦磨损、无需润滑、基座材料利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及微纳加工技术领域，具体是一种紧凑型二维微纳伺服平台。
背景技术
纳米技术中制造、检验、控制、测量等多项分支技术均依赖于纳米设备的超精密运动。常用的纳米驱动设备多采用压电陶瓷驱动，但是存在运动尺度小，寄生运动影响大的缺点。目前输出位移最大压电陶瓷执行器也只能输出其自身长度0.1％左右的位移量；同时受压电材料自身柔性变形与制造安装误差等因素的影响，压电陶瓷执行器输出往往附带有害的寄生位移。现有微纳伺服平台多采用在正方形基座块上减材加工的手段，期间往往存在对基座材料利用率低，浪费材料的缺点，这主要是由于微纳伺服平台机构设计不紧凑，开槽面积占基座总面积比例小造成的。所以，在达到微纳伺服平台具有高放大倍数且可以消除有害寄生位移等功能的基础上，采用压缩各零件尺度的思路设计新的紧凑型纳米伺服平台对实际工程降低成本提高加工率具有重要意义。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种紧凑型二维微纳伺服平台，本伺服平台具有结构紧凑、位移放大倍数高、无摩擦磨损、无需润滑、基座材料利用率高的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种紧凑型二维微纳伺服平台，包括基座、位移放大机构，
所述基座上设置有十字开槽，所述开槽的其中两个相邻的槽口向外延伸形成长槽口，所述微动平台呈正方形安装在开槽中心处，两个位移放大机构分别安装在长槽口内用于分别实现X轴方向、Y轴方向位移驱动；
每个位移放大机构对应设置有主导向机构、副导向机构、位移传感器；
所述主导向机构、副导向机构安装在开槽内且设置于微动平台相对的两侧，主导向机构位于微动平台与位移放大机构之间，主导向机构通过柔性铰链与位移放大机构连接，微动平台端面通过柔性铰链与主导向机构、副导向机构连接；
所述位移传感器安装在基座上且对应副导向机构位置设置。
进一步的，所述位移放大机构采用中心对称式布局，其包括压电陶瓷、曲柄杆、连架杆，压电陶瓷与曲柄杆固定连接，曲柄杆与连架杆之间、连架杆与基座以及主导向机构之间通过柔性铰链连接。
进一步的，所述压电陶瓷与其相对的微动平台端面之间平行设置，所述曲柄杆为两个，分别垂直固定连接在压电陶瓷两端，所述连架杆垂直设置在曲柄杆内端，连架杆为四个，两两设置于压电陶瓷两侧，连架杆为矩形结构，其中，位于压电陶瓷外侧的两个连架杆其内对角端与曲柄杆之间、其外对角端与基座之间通过柔性铰链连接，位于压电陶瓷内侧的两个连架杆其内对角端与曲柄连杆之间、其外对角端与主导向机构之间通过柔性铰链连接。
进一步的，所述主导向机构包括主导向体、主短导向连杆、主长导向连杆，所述主短导向连杆与压电陶瓷平行且设置于主导向体中端两侧，所述主长导向连杆与压电陶瓷垂直且设置于主导向体内侧，所述主导向体外侧与其对应的两个连架杆之间、所述主导向体与主短导向连杆之间、所述主短导向连杆与基座之间、所述主导向体与主长导向连杆之间、所述主长导向连杆与微动平台端面之间均通过柔性铰链连接。
进一步的，所述主导向体主体为开口向内的凹字形结构，在该凹字形结构外侧设有一矩形部，主导向体通过该矩形部与连架杆连接，所述主长导向杆为两个，设置在主导向体的开口内，所述主短导向杆为四个，两两设置在主导向体中端外侧。
进一步的，所述副导向机构包括副导向体、副短导向连杆、副长导向连杆，所述副短导向连杆与压电陶瓷平行且设置于副导向体两侧，所述副长导向连杆与压电陶瓷垂直且设置与副导向体内侧，所述副导向体与副短导向连杆之间、所述副短导向连杆与基座之间、所述副导向体与副长导向连杆之间、所述副长导向连杆与微动平台端面之间均通过柔性铰链连接。
进一步的，所述副导向体为开口向内的凹字形结构，所述副长导向杆为两个，设置在副导向体的开口内，所述副短导向杆为四个，两两设置在副导向体两侧。
进一步的，所述基座上安装有压线块。
进一步的，所述基座呈正方形，其四角上加工有安装孔位，在基座的开槽一侧加工有电路板安装孔。
进一步的，所述微动平台四角加工有工件安装孔，中间加工有圆形槽。
本发明的有益效果：
1、本发明整体结构设计布局紧凑合理，基座开槽空间可占整个基座体积比例超过60％，相对于一般的纳米伺服平台材料利用效率高，结构更加紧凑合理。
2、本发明所设计的位移放大机构、主导向机构、副导向机构具有位移放大、消除寄生运动，消除内部耦合运动，平衡应力的功能，能够在有限的空间内实现多种功能，保证伺服平台的精度。
附图说明
图1是微纳伺服平台三维图视图；
图2是微纳伺服平台俯视示意图；
图3是基座示意图；
图4是移放大机构示意图；
图5是主导向机构示意图；
图6是副导向机构示意图；
图7是微动平台示意图。
附图中所示标号：
1、基座，101、开槽，102、定位安装孔，103、电路板安装孔，104长槽口；
2、位移放大机构，201、压线块，202、压电陶瓷，203、连架杆，204、曲柄杆；
3、主导向机构，301、主导向体，302、主短导向连杆，303、主长导向连杆；
4、副导向机构，401、副导向体，402、副短导向连杆，403、副长导向连杆，
5、微动平台，501、工件安装孔；
6、位移传感器。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1～7所示，为本发明提供的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其包括基座1、位移放大机构2，基座1上设置有十字开槽101，开槽101的其中两个相邻的槽口向外延伸形成长槽口104，通过长槽口104的设置，使得基座1上的开槽101整体呈偏心十字槽结构。微动平台5呈正方形，安装在开槽101中心处，两个位移放大机构2分别安装在长槽口104内用于分别实现X轴方向、Y轴方向位移驱动；如图1、2所示，两个位移放大机构2呈90度设置。
本发明的每个位移放大机构2对应设置有主导向机构3、副导向机构4、位移传感器6；其中，主导向机构3、副导向机构4均安装在开槽104内，位移传感器6安装在基座1上用于检测X向、Y向的位移。主导向机构3、副导向机构4呈图示状态安装即，主导向机构3用于连接位移放大机构2和微动平台5，副导向机构4只与微动平台5连接，相互之间的铰接连接均采用柔性铰链实现。
本发明的位移放大机构2其具体结构如下：
位移放大机构2采用中心对称式布局，其包括压电陶瓷202、曲柄杆204、连架杆203，压电陶瓷202与曲柄杆204固定连接，曲柄杆204与连架杆203之间、连架杆203与基座1以及主导向机构3之间通过柔性铰链连接。具体的，压电陶瓷202与其相对的微动平台5端面之间平行设置，曲柄杆204为两个，呈T字形结构，分别垂直固定连接在压电陶瓷202两端，连架杆203垂直设置在曲柄杆204内端，连架杆203为四个，两两设置于压电陶瓷202两侧，连架杆203为矩形结构，其中，位于压电陶瓷202外侧的两个连架杆203其内对角端与曲柄杆204之间、其外对角端与基座1之间通过柔性铰链连接，位于压电陶瓷202内侧的两个连架杆203其内对角端与曲柄连杆204之间、其外对角端与主导向机构3之间通过柔性铰链连接。
工作时，基座1保持不动，压电陶瓷202伸缩运动，伸缩运动经位移放大机构2放大，再经导向机构抑制消除寄生运动以保证输出为精确直线运动，直线运动作用在微动平台5上并最终通过微动平台5实现加工工件的进给运动。为了配合上述位移放大机构2，本发明中用于抑制消除寄生运动的主导向机构3采用如下结构：
主导向机构3包括主导向体301、主短导向连杆302、主长导向连杆303，主短导向连杆302与压电陶瓷202平行且设置于主导向体301中端两侧，主长导向连杆303与压电陶瓷202垂直且设置于主导向体301内侧，主导向体301外侧与其对应的两个连架杆203之间、主导向体301与主短导向连杆302之间、主短导向连杆303与基座1之间、主导向体301与主长导向连杆303之间、主长导向连杆303与微动平台5端面之间均通过柔性铰链连接。具体的，主导向体301主体为开口向内的凹字形结构，在该凹字形结构外侧设有一矩形部，矩形部的设置使得该主导向体301整体呈类似蟹形结构。主导向体301通过该矩形部与连架杆203连接，主长导向杆303为两个，设置在主导向体301的开口内，主短导向杆302为四个，两两设置在主导向体301中端外侧。
本发明的上述主导向机构3，当压电陶瓷202伸缩时曲柄杆204随之沿压电陶瓷202长度方向运动，连架杆203绕与曲柄杆204连接点转动同时作平动，最终带动主导向机构3蟹形主导向体301产生于压电陶瓷202长度方向垂直的运动。当位移放大机构2传递来与主短导向连杆302垂直方向的运动时，四根主短导向连杆302构成虚约束机构，形成该方向平移运动副，使得位移放大机构2传递来的运动导路重合，只能沿直线运动，从而消除了寄生运动；蟹形主导向体301还通过主长导向连杆303与微动平台5连接，同理当微动平台5传递来与主长导向连杆303垂直方向运动时，主长导向连杆303构成虚约束机构，消除了该方向寄生运动。
本发明的副导向机构4整体结构如图：包括副导向体401、副短导向连杆402、副长导向连杆403，副短导向连杆402与压电陶瓷202平行且设置于副导向体401两侧，副长导向连杆403与压电陶瓷202垂直且设置与副导向体401内侧，副导向体401与副短导向连杆402之间、副短导向连杆402与基座1之间、副导向体401与副长导向连杆403之间、副长导向连杆403与微动平台5端面之间均通过柔性铰链连接。具体的：副导向体401为开口向内的凹字形结构，副长导向杆403为两个，设置在副导向体401的开口内，副短导向杆402为四个，两两设置在副导向体401两侧。
上述结构的副导向机构4的凹字形副导向体401通过副短导向连杆402与基座1连接，形成了垂直方向的虚约束机构，可以消除该方向寄生运动；同理副长导向连杆403消除了与其垂直方向的寄生运动。
作为优选，本发明在基座1上安装有压线块201，压线块201对应位移放大机构设置，压线块201可以用来引导和保护压电陶瓷202控制引线。
作为优选，本发明的基座1呈正方形，其四角上加工有安装孔501，可以将整个伺服平台固定在桌面上，在基座1的开槽101一侧加工有电路板安装孔103，可用来安装设备运行时需要的电子元器件。
Claims (8)
1.一种紧凑型二维微纳伺服平台，包括基座、位移放大机构，其特征在于：
所述基座上设置有十字开槽，所述开槽的其中两个相邻的槽口向外延伸形成长槽口，微动平台呈正方形安装在开槽中心处，两个位移放大机构分别安装在长槽口内用于分别实现X轴方向、Y轴方向位移驱动；
每个位移放大机构对应设置有主导向机构、副导向机构、位移传感器；
所述主导向机构、副导向机构安装在开槽内且设置于微动平台相对的两侧，主导向机构位于微动平台与位移放大机构之间，主导向机构通过柔性铰链与位移放大机构连接，微动平台端面通过柔性铰链与主导向机构、副导向机构连接；
所述位移传感器安装在基座上且对应副导向机构位置设置；
所述位移放大机构采用中心对称式布局，其包括压电陶瓷、曲柄杆、连架杆，压电陶瓷与曲柄杆固定连接，曲柄杆与连架杆之间、连架杆与基座以及主导向机构之间通过柔性铰链连接；
所述压电陶瓷与其相对的微动平台端面之间平行设置，所述曲柄杆为两个，分别垂直固定连接在压电陶瓷两端，所述连架杆垂直设置在曲柄杆内端，连架杆为四个，两两设置于压电陶瓷两侧，连架杆为矩形结构，其中，位于压电陶瓷外侧的两个连架杆其内对角端与曲柄杆之间、其外对角端与基座之间通过柔性铰链连接，位于压电陶瓷内侧的两个连架杆其内对角端与曲柄连杆之间、其外对角端与主导向机构之间通过柔性铰链连接。
2.如权利要求1所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述主导向机构包括主导向体、主短导向连杆、主长导向连杆，所述主短导向连杆与压电陶瓷平行且设置于主导向体中端两侧，所述主长导向连杆与压电陶瓷垂直且设置于主导向体内侧，所述主导向体外侧与其对应的两个连架杆之间、所述主导向体与主短导向连杆之间、所述主短导向连杆与基座之间、所述主导向体与主长导向连杆之间、所述主长导向连杆与微动平台端面之间均通过柔性铰链连接。
3.如权利要求2所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述主导向体主体为开口向内的凹字形结构，在该凹字形结构外侧设有一矩形部，主导向体通过该矩形部与连架杆连接，所述主长导向连杆为两个，设置在主导向体的开口内，所述主短导向连杆为四个，两两设置在主导向体中端外侧。
4.如权利要求2所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述副导向机构包括副导向体、副短导向连杆、副长导向连杆，所述副短导向连杆与压电陶瓷平行且设置于副导向体两侧，所述副长导向连杆与压电陶瓷垂直且设置于副导向体内侧，所述副导向体与副短导向连杆之间、所述副短导向连杆与基座之间、所述副导向体与副长导向连杆之间、所述副长导向连杆与微动平台端面之间均通过柔性铰链连接。
5.如权利要求4所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述副导向体为开口向内的凹字形结构，所述副长导向连杆为两个，设置在副导向体的开口内，所述副短导向连杆为四个，两两设置在副导向体两侧。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述基座上安装有压线块。
7.如权利要求1～5任一项所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述基座呈正方形，其四角上加工有安装孔位，在基座的开槽一侧加工有电路板安装孔。
8.如权利要求1～5任一项所述的一种紧凑型二维微纳伺服平台，其特征在于：所述微动平台四角加工有工件安装孔，中间加工有圆形槽。
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| 压电陶瓷驱动器特性研究及二维微纳定位平台结构设计;朱珠;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20110715;全文 * |
| 压电陶瓷驱动的微纳定位平台系统研究;郭明陆;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20160815;全文 * |
| 大行程5-DOF微纳传动平台的设计及特性分析;林超，俞松松，程凯，刘刚，余红华;《中国机械工程》;20101125;第21卷(第22期);全文 * |
| 面向压电驱动纳米定位平台的自抗扰运动控制;孙玉琼;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20170215;全文 * |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210518 |
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