CN114123852B - 一种微动台及运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微动台及运动装置，涉及精密运动技术领域。微动台包括中间座、固定基座、承载台、水平驱动装置、垂向驱动装置和重力补偿装置，中间座底部具有容纳槽；固定基座位于容纳槽中，容纳槽的槽底和/或固定基座上开设有避让孔；承载台安装于中间座的上方；水平驱动装置为压电驱动装置并设置于避让孔中；垂向驱动装置为压电驱动装置，位于容纳槽的周向外侧且下端伸入并安装于中间座的内部；重力补偿装置的下端伸入中间座中并位于容纳槽的周向外侧，重力补偿装置的上端伸出中间座的上端面并与承载台连接。本发明通过重力补偿装置有效解决载重问题，且扁平化设计，降低了整体装置的高度，使结构更为紧凑。

Description

一种微动台及运动装置

技术领域

本发明涉及精密运动技术领域，尤其涉及一种微动台及运动装置。

背景技术

随着科学技术的发展，在精密运动领域，以逆压电效应为代表的压电电机正以它独特的优势在逐渐地与电磁电机共同担负起执行器的核心地位。

在精密位移领域中，压电驱动技术具有无磁干扰的特性，且在相同驱动力的情况下压电电机要显著小于电磁电机，对空间的要求更小。然而，有些应用场合（例如微动台）对空间的要求非常苛刻，但负载又比较重，虽然采用大负载的压电电机可以驱动重负载，但是由于空间受限，导致其无法应用到运动装置中，或者使运动装置的高度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构扁平化、能适用于重载、且通过压电驱动的微动台及运动装置，以解决相关技术中有些应用场合空间受限、负载重及受磁性干扰的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种微动台，包括：

中间座，其底部具有开口朝下的容纳槽；

固定基座，位于容纳槽中，容纳槽的槽底和/或固定基座上开设有避让孔；

承载台，安装于中间座的上方；

水平驱动装置，设置于避让孔中，水平驱动装置为水平压电驱动装置，用于驱动中间座相对固定基座沿X方向运动， X方向水平设置；

垂向驱动装置，位于容纳槽的周向外侧且下端伸入并安装于中间座的内部，垂向驱动装置为垂向压电驱动装置，用于驱动承载台相对中间座沿Z方向运动， Z方向竖直设置；

重力补偿装置，其下端伸入中间座中并位于容纳槽的周向外侧，重力补偿装置的上端伸出中间座的上端面并与承载台连接，重力补偿装置用于补偿垂向驱动装置承载的负载力。

可选地，垂向驱动装置环绕容纳槽间隔设置有若干个；

和/或，水平驱动装置沿Y方向间隔设置有若干个， Y方向与X方向及Z方向均相互垂直。

可选地，中间座的上端面开设有安装孔，安装孔与所述垂向驱动装置一一对应，垂向驱动装置的下端伸入安装孔中，安装孔位于容纳槽的周向外侧，且安装孔的下端面低于固定基座的上端面。

可选地，安装孔为腰型孔，垂向驱动装置在安装孔内的位置能够沿腰型孔的长度方向水平调节。

可选地，容纳槽的槽底开设有避让孔，且避让孔贯通中间座的上端面，且避让孔沿Z方向的高度小于水平驱动装置沿Z方向的高度。

可选地，容纳槽的槽底与固定基座上端面的距离小于10mm，且水平驱动装置的驱动端作用于避让孔的孔壁；

和/或，中间座的下端面高于固定基座的下端面，且中间座的下端面与固定基座的下端面之间的高度差小于5mm；

可选地，所述中间座沿Z方向贯通开设有固定孔，重力补偿装置的下端伸入固定孔中并与固定孔的孔壁或与中间座的上端面连接。

可选地，重力补偿装置包括：

固定座，伸入固定孔内并与中间座连接；

移动座，与固定座滑动连接；

弹性伸缩件，且下端连接于移动座，且上端伸出移动座的上端并与承载台抵接；

调节驱动装置，设置在固定孔内并用于驱动移动座相对固定座沿Z方向移动。

可选地，容纳槽沿Y方向的相对两侧均设置有一组垂向驱动装置和一组重力补偿装置，每组垂向驱动装置包括沿X方向间隔设置的两个垂向驱动装置，每组重力补偿装置包括沿X方向间隔设置的三个重力补偿装置，每个垂向驱动装置均位于相邻两个重力补偿装置之间， Y方向与X方向及Z方向均相互垂直。

可选地，微动台还包括水平导向组件，水平导向组件用于为中间座沿X方向的运动进行导向；

和/或，微动台还包括垂向导向组件，垂向导向组件用于为承载台的垂向运动进行导向。

可选地，中间座整体呈六面体结构，且中间座的一侧面与X方向平行，中间座的四角处均开设有开口向上的安装槽，安装槽贯通中间座的相邻两侧壁，垂向导向组件安装于安装槽中并与安装槽一一对应设置。

可选地，微动台还包括X向限位组件， X向限位组件用于限定中间座沿X方向的行程；

和/或，微动台还包括Z向限位组件， Z向限位组件用于限定所述承载台沿Z方向的运动行程。

可选地，微动台还包括位移检测装置，位移检测装置用于检测承载台沿Z方向和/或X方向的位移。

一种运动装置，包括以上任一方案的微动台。

本发明的有益效果在于：

本发明的水平驱动装置和垂向驱动装置均采用压电驱动装置，避免了磁场干扰，能有效运用在电子束设备等不能有磁场干扰的场景中；通过重力补偿装置，并配合垂向驱动装置实现垂向大载重的精密位移，能有效解决小空间大载重问题，可适用于负载较重的场合；同时本发明采用扁平化设计，将水平驱动装置、垂向驱动装置和重力补偿装置设置在中间座内，降低了装置的整体高度，使结构更为紧凑。本发明有效解决了相关技术中一些应用场合空间受限、负载重及受磁性干扰的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的微动台沿Y方向的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的微动台沿X方向的剖面结构示意图一；

图3是本发明实施例提供的微动台沿X方向的剖面结构示意图二；

图4是本发明实施例提供的微动台的俯视图。

1、重力补偿装置；

2、中间座；21、容纳槽；22、避让孔；23、安装孔；24、固定孔；25、凹槽；26、安装槽；

3、固定基座；4、承载台；5、垂向驱动装置；6、水平驱动装置；7、水平导向组件；8、垂向导向组件；9、转接件；91、第一转接板部；92、第二转接板部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-图4所示，本发明实施例提供一种微动台，包括中间座2、固定基座3、承载台4、水平驱动装置6、垂向驱动装置5和重力补偿装置1。本实施例的中间座2整体呈六面体结构，中间座2的一侧面与X方向平行，另一侧面与Y方向平行，高度沿Z方向设置，其中X方向和Y方向均为水平方向，Z方向为竖直方向，且Y方向与X方向及Z方向均相互垂直。中间座2的底部设有开口朝下的容纳槽21，固定基座3安装于容纳槽21中。优选地，本实施例的容纳槽21贯通中间座2沿X方向的相对两侧，如此能够简化装置结构，降低制造难度。

本实施例中，容纳槽21的槽底还开设有避让孔22，水平驱动装置6安装于固定基座3的上端面且伸入避让孔22中。优选地，本实施例的避让孔22贯通中间座2的上端面，且避让孔22沿Z方向的高度小于水平驱动装置6沿Z方向的高度。当然，在其他实施例中，也可以在固定基座3的上部设置避让孔22，或者在容纳槽21的槽底和固定基座3上均设置避让孔22，同样能够实现对水平驱动装置6的安装，并不以本实施例为限。

本实施例的水平驱动装置6具体为水平压电驱动装置，能够驱动中间座2相对固定基座3沿X方向运动。垂向驱动装置5位于容纳槽21的周向外侧且下端伸入并安装于中间座2的内部，垂向驱动装置5具体为垂向压电驱动装置，用于驱动承载台4相对中间座2沿Z方向运动。本实施例的水平驱动装置6和垂向驱动装置5均采用压电驱动装置，避免了磁场干扰，能有效运用在电子束设备等不能有磁场干扰的场景中。

本实施例的承载台4安装于中间座2的上方，用于支撑负载。中间座2沿Z方向贯通开设有固定孔24，重力补偿装置1的下端伸入固定孔24中并与固定孔24的孔壁或与中间座2的上端面连接；重力补偿装置1的上端伸出中间座2的上端面并与承载台4连接；重力补偿装置1用于补偿垂向驱动装置5承载的负载力。本实施例通过设置重力补偿装置1，并配合垂向驱动装置5实现了垂向大载重的精密位移，能有效解决小空间大载重的问题，可适用于负载较重的微动场合。

同时，本发明采用扁平化设计，将水平驱动装置6、垂向驱动装置5和重力补偿装置1设置在中间座2内，使垂向驱动装置5和重力补偿装置1的可运动空间更大，而不影响整个装置的高度，使整体结构更为紧凑。本发明有效解决了相关技术中一些应用场合空间受限、负载重及受磁性干扰的问题，使得微动台能够承受百公斤级的负载重量。

进一步地，本实施例的垂向驱动装置5环绕容纳槽21间隔设置有若干个；水平驱动装置6沿Y方向间隔设置有若干个，同时重力补偿装置1环绕容纳槽21的周向间隔设置有若干个。本实施例通过设置多个垂向驱动装置5，以增加微动台沿Z方向运动的动力；通过设置多个水平驱动装置6，以增加微动台沿X方向运动的动力；通过设置多个重力补偿装置1，使微动台能够承载更大的负载，实现在小空间内对大负载的驱动。具体而言，本实施例在避让孔22中沿Y方向间隔设置有三个水平驱动装置6。本实施例在容纳槽21沿Y方向的相对两侧均设置有一组垂向驱动装置5和一组重力补偿装置1，每组垂向驱动装置5包括沿X方向间隔设置的两个垂向驱动装置5，每组重力补偿装置1包括沿X方向间隔设置的三个重力补偿装置1，每个垂向驱动装置5均位于相邻两个重力补偿装置1之间。本发明采用六组重力补偿装置1以平衡掉负载的大部分质量，剩余未平衡的负载的质量及重力补偿装置1的弹性反力之和在垂向驱动装置5的驱动力范围之内。需要说明的，本实施例将重力补偿装置1和垂向驱动装置5设置在容纳槽21的周向外侧且间隔布置，能使装置Z向的支撑力及驱动力远离负载的重心；相比同等载重面积但将水平驱动放在外周侧的运动装置，本实施例可以有效提高装置载重的平衡性和可靠性。

为实现对垂向驱动装置5的安装，本实施例中间座2的上端面开设有安装孔23，安装孔23位于容纳槽21的周向外侧，且安装孔23的下端面低于固定基座3的上端面。安装孔23与垂向驱动装置5一一对应设置，垂向驱动装置5固定于安装孔23，且垂向驱动装置5的下端伸入安装孔23中。本实施例的安装孔23优选为腰型孔，如此设置，使得垂向驱动装置5在安装孔23内的位置能够沿腰型孔的长度方向水平调节。

为实现对水平驱动装置6的安装，微动台还包括转接件9，转接件9包括垂直连接的第一转接板部91和第二转接板部92，第一转接板部91安装于中间座2的上端面并与中间座2可拆卸连接，第二转接板部92伸入避让孔22中并与水平驱动装置6的驱动端连接。进一步地，中间座2的上端面开设有凹槽25，凹槽25与避让孔22连通，第一转接板部91位于凹槽25中并与凹槽25的槽底可拆卸连接。本实施例通过转接件9实现对水平驱动装置6的固定，结构简单，安装可靠。

作为优选，本实施例的容纳槽21的槽底与固定基座3上端面的距离小于10mm，且水平驱动装置6的驱动端作用于避让孔22的孔壁。进一步地，本实施例中间座2的下端面高于固定基座3的下端面，且中间座2的下端面与固定基座3的下端面之间的高度差小于5mm。如此设置，使得微动台的整体设计更为扁平，该微动台的整体高度约等于重力补偿装置1的可运动高度，几乎没有多余的高度空间，设计足够扁平化及紧凑。

作为优选，本实施例的重力补偿装置1包括固定座、移动座、弹性伸缩件和调节驱动装置，其中固定座伸入固定孔24内并与中间座2连接；移动座与固定座滑动连接；弹性伸缩件的下端连接于移动座，弹性伸缩件的上端伸出移动座的上端并与承载台4抵接，弹性伸缩件优选采用负刚度机械弹簧来实现；调节驱动装置设置在固定孔24内并用于驱动移动座相对固定座沿Z方向移动。本实施例中，当负载作用于承载台4时，弹性伸缩件受力压缩，并通过承载台4对负载施加与重力相反的弹力，以平衡部分负载。

作为优选，本实施例的微动台还包括水平导向组件7，水平导向组件7用于为中间座2沿X方向的运动进行精密导向。具体地，固定基座3沿Y方向的相对两侧均开设有导向槽，导向槽沿X方向延伸，且导向槽贯通固定基座3的对应侧面，水平导向组件7安装于导向槽中。水平导向组件7优选为能实现精密运动的导轨和滑块，导轨和滑块呈水平设置，以有效降低装置的高度。进一步地，微动台还包括垂向导向组件8，垂向导向组件8用于为承载台4的垂向运动进行精密导向。具体地，中间座2的四角处均开设有开口向上的安装槽26，安装槽26贯通中间座2的相邻两侧壁，垂向导向组件8安装于安装槽26中并与安装槽26一一对应设置。垂向导向组件8优选为能实现精密运动的导柱和导套。本实施例通过设置水平导向组件7和垂向导向组件8，提高了微动台的运动顺滑性，保证了微动台运动的精确可靠性。

作为优选，微动台还包括X向限位组件和Z向限位组件，X向限位组件用于限定中间座2沿X方向的行程，Z向限位组件用于限定承载台4沿Z方向的运动行程，以保证微动台运动的可靠性。微动台还包括位移检测装置，位移检测装置用于检测承载台4沿Z方向和/或X方向的位移。优选地，本发明实施例的位移检测装置中所用的传感器均采用绝对式测量位移传感器，以简化结构，避免采用电气控制导致的结构复杂性。

本发明实施例还提供一种运动装置，包括上述的微动台。该运动装置通过采用上述微动台，有效解决了相关技术中一些应用场合空间受限、负载重及受磁性干扰的问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种微动台，其特征在于，包括：

中间座（2），其底部具有开口朝下的容纳槽（21）；

固定基座（3），位于所述容纳槽（21）中，所述容纳槽（21）的槽底和/或所述固定基座（3）上开设有避让孔（22）；所述容纳槽（21）的槽底开设有所述避让孔（22），且所述避让孔（22）贯通所述中间座（2）的上端面；

承载台（4），安装于所述中间座（2）的上方；

水平驱动装置（6），设置于所述避让孔（22）中，所述水平驱动装置（6）为水平压电驱动装置，用于驱动所述中间座（2）相对所述固定基座（3）沿X方向运动，所述X方向水平设置；

垂向驱动装置（5），位于所述容纳槽（21）的周向外侧且下端伸入并安装于所述中间座（2）的内部，所述垂向驱动装置（5）为垂向压电驱动装置，用于驱动所述承载台（4）相对所述中间座（2）沿Z方向运动，所述Z方向竖直设置；

重力补偿装置（1），其下端伸入所述中间座（2）中并位于所述容纳槽（21）的周向外侧，所述重力补偿装置（1）的上端伸出所述中间座（2）的上端面并与所述承载台（4）连接，所述重力补偿装置（1）用于补偿所述垂向驱动装置（5）承载的负载力。

2.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述垂向驱动装置（5）环绕所述容纳槽（21）间隔设置有若干个；

和/或，所述水平驱动装置（6）沿Y方向间隔设置有若干个，所述Y方向与所述X方向及所述Z方向均相互垂直。

3.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述中间座（2）的上端面开设有安装孔（23），所述安装孔（23）与所述垂向驱动装置（5）一一对应，所述垂向驱动装置（5）的下端伸入安装孔（23）中，所述安装孔（23）位于所述容纳槽（21）的周向外侧，且所述安装孔（23）的下端面低于所述固定基座（3）的上端面。

4.根据权利要求3所述的微动台，其特征在于，所述安装孔（23）为腰型孔，所述垂向驱动装置（5）在所述安装孔（23）内的位置能够沿所述腰型孔的长度方向水平调节。

5.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述避让孔（22）沿所述Z方向的高度小于所述水平驱动装置（6）沿所述Z方向的高度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微动台，其特征在于，所述容纳槽（21）的槽底与所述固定基座（3）上端面的距离小于10mm，且所述水平驱动装置（6）的驱动端作用于所述避让孔（22）的孔壁；

和/或，所述中间座（2）的下端面高于所述固定基座（3）的下端面，且所述中间座（2）的下端面与所述固定基座（3）的下端面之间的高度差小于5mm。

7.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述中间座（2）沿所述Z方向贯通开设有固定孔（24），所述重力补偿装置（1）的下端伸入所述固定孔（24）中并与所述固定孔（24）的孔壁或与所述中间座（2）的上端面连接。

8.根据权利要求7所述的微动台，其特征在于，所述重力补偿装置（1）包括：

固定座，伸入所述固定孔（24）内并与所述中间座（2）连接；

移动座，与所述固定座滑动连接；

弹性伸缩件，且下端连接于所述移动座，且上端伸出所述移动座的上端并与所述承载台（4）抵接；

调节驱动装置，设置在所述固定孔（24）内并用于驱动所述移动座相对所述固定座沿所述Z方向移动。

9.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述容纳槽（21）沿Y方向的相对两侧均设置有一组所述垂向驱动装置（5）和一组所述重力补偿装置（1），每组所述垂向驱动装置（5）包括沿所述X方向间隔设置的两个所述垂向驱动装置（5），每组所述重力补偿装置（1）包括沿所述X方向间隔设置的三个所述重力补偿装置（1），每个所述垂向驱动装置（5）均位于相邻两个所述重力补偿装置（1）之间，所述Y方向与所述X方向及所述Z方向均相互垂直。

10.根据权利要求1-5任一项所述的微动台，其特征在于，所述微动台还包括水平导向组件（7），所述水平导向组件（7）用于为所述中间座（2）沿所述X方向的运动进行导向；

和/或，所述微动台还包括垂向导向组件（8），所述垂向导向组件（8）用于为所述承载台（4）的垂向运动进行导向。

11.根据权利要求10所述的微动台，其特征在于，所述中间座（2）整体呈六面体结构，且所述中间座（2）的一侧面与所述X方向平行，所述中间座（2）的四角处均开设有开口向上的安装槽（26），所述安装槽（26）贯通所述中间座（2）的相邻两侧壁，所述垂向导向组件（8）安装于所述安装槽（26）中并与所述安装槽（26）一一对应设置。

12.根据权利要求1-5任一项所述的微动台，其特征在于，所述微动台还包括X向限位组件，所述X向限位组件用于限定所述中间座（2）沿所述X方向的行程；

和/或，所述微动台还包括Z向限位组件，所述Z向限位组件用于限定所述承载台（4）沿所述Z方向的运动行程。

13.根据权利要求1-5任一项所述的微动台，其特征在于，所述微动台还包括位移检测装置，所述位移检测装置用于检测所述承载台（4）沿所述Z方向和/或所述X方向的位移。

14.一种运动装置，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的微动台。

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