CN204397857U - 一种二自由度组合式全闭环纳米级微动平台 - Google Patents
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Abstract
一种二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，它涉及一种平面二自由度纳米级微动平台。以解决现有的平面二自由度纳米级微动平台存在结构复杂、输出精度低、工作台移动精度不稳定、装置体积大的问题，X向微动台总成与Y向微动台总成的结构相同，定位平台机体顶面开设有腔体，定位平台机体与移动台通过柔性铰链连接，传感器支架、挡板与压电陶瓷依次沿移动台移动方向设置，传感器支架为Z形支架，传感器的两个触点分别设置于传感器支架的两端，传感器支架的一端与挡板连接，传感器支架的另一端与定位平台机体连接，接线连接器设置于定位平台机体的外侧壁。本实用新型用于二自由度纳米级微动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种平面二自由度纳米级微动平台。
背景技术
现有的二自由度纳米级微动台分为一体式和分体式两种，一体式微动平台工作在一个平面内完成两个方向的位移输出，一体微动台需要二个方向的解耦运算，控制复杂，输出精度低，两个方向的位移输出相互有影响，特别在输出位移极小的情况下比较严重；
另一种为分体式结构，两个方向输出独立，由中间板连接，控制简单，输出精度高，但体积大，安装驱动元件复杂；
放大结构二自由度纳米级微动台外形体积大，承载能力小、位移方向刚度相对较低，工作台位移垂直方向存在偏转角度，在输出大位移和承载较重负载时，位移精度不够稳定、工作台频率响应低、稳定时间过长、作闭环控制时，由于传感器输出线、压电陶瓷电压驱动线的安装位置受影响，给工作台安装和调试带来困难，从而使微动平台的输出位移分辨率和位移精度也受到很大影响。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，以解决现有的平面二自由度纳米级微动平台存在结构复杂、输出精度低、工作台移动精度不稳定、装置体积大的问题。
本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是：本实用新型的所述二自由度组合式全闭环纳米级微动平台包括X向微动台总成、Y向微动台总成、连接板与底座，
X向微动台总成与Y向微动台总成的结构相同，
X向微动台总成包括定位平台机体、传感器支架、传感器、接线连接器、压电陶瓷与移动台，
定位平台机体顶面开设有腔体，移动台与腔体相配合，移动台底面固接有挡板，定位平台机体与移动台通过柔性铰链连接，压电陶瓷置于移动台底面，传感器支架、挡板与压电陶瓷依次沿移动台移动方向设置，压电陶瓷的伸缩方向与移动台的移动方向相一致，压电陶瓷的一端与挡板贴合，压电陶瓷的另一端与腔体侧壁贴合，
传感器支架为Z形支架，传感器设置于传感器支架内，传感器的两个触点分别设置于传感器支架的两端，传感器支架的一端与挡板连接，传感器支架的另一端与定位平台机体连接，接线连接器设置于定位平台机体的外侧壁，
Y向微动台总成、连接板、X向微动台总成与底座由上至下依次可拆卸连接，Y向微动台总成的移动台的移动方向与X向微动台总成的移动台的移动方向相垂直。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
1、现有技术中的微动平台是将电压和传感器接线直接连接于平台内，然后甩出相应连接线至微动平台外，这样操作不便微动平台的连线，不便于电压和传感器接线安装，而本实用新型的两个接线连接器34分别设置于X向微动台总成01与Y向微动台总成02上，便于电压和传感器接线的连接安装。
2、传感器支架32、传感器触点设置及压电陶瓷35构成了全闭环回路，传感器的两个触点时时反馈压电陶瓷35的伸缩长度，从而提高了X向移动台36及Y向移动台36的移动精度。
3、本实用新型的微动台结构简单，便于组装。
使用本实用新型的微动平台以后，输出精度相对现有技术提高45％。
附图说明
图1是本实用新型的轴测图，图2是本实用新型的局部剖视主视图，图3是图2的局部剖视俯视图，图4是图2的局部剖视左视图，图5是传感器支架的主视图，图6是图5的剖视左视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明，本实施方式的所述二自由度组合式全闭环纳米级微动平台包括X向微动台总成01、Y向微动台总成02、连接板04与底座05，
X向微动台总成01与Y向微动台总成02的结构相同，
X向微动台总成01包括定位平台机体31、传感器支架32、传感器、接线连接器34、压电陶瓷35与移动台36，
定位平台机体31顶面开设有腔体，移动台36与腔体相配合，移动台36底面固接有挡板37，定位平台机体31与移动台36通过柔性铰链06连接，压电陶瓷35置于移动台36底面，传感器支架32、挡板37与压电陶瓷35依次沿移动台36移动方向设置，压电陶瓷35的伸缩方向与移动台36的移动方向相一致，压电陶瓷35的一端与挡板37贴合，压电陶瓷35的另一端与腔体侧壁贴合，
传感器支架32为Z形支架，传感器设置于传感器支架32内，传感器的两个触点分别设置于传感器支架32的两端，传感器支架32的一端与挡板37连接，传感器支架32的另一端与定位平台机体31连接，接线连接器34设置于定位平台机体31的外侧壁，
Y向微动台总成02、连接板04、X向微动台总成01与底座05由上至下依次可拆卸连接，Y向微动台总成02的移动台36的移动方向与X向微动台总成01的移动台36的移动方向相垂直。
具体实施方式二：结合图1、图3及图4说明，本实施方式的定位平台机体31为水平放置的方形平台机体，移动台36为水平放置的方形台，移动台36的侧壁沿竖直方向开设有凹槽38，定位平台机体31的腔体侧壁固接有凸台39，凸台39与凹槽38相配合，压电陶瓷35的所述另一端与凸台39相贴合，移动台36顶面固接有方形盖板，方形盖板尺寸与移动台36顶面尺寸一致。
由于定位平台机体31与移动台36通过柔性铰链06连接，故定位平台机体31与移动台36之间存在大量缝隙，故压电陶瓷35的所述另一端通过这些缝隙裸露在外，使压电陶瓷35的使用寿命降低，而凸台39与凹槽38解决了这一问题，压电陶瓷35的所述另一端与凸台39相贴合，压电陶瓷35的所述另一端设置在移动台36内，方形盖板将移动台36的凹槽38遮盖住，从而避免压电陶瓷35的所述另一端裸露在外，有效提高了压电陶瓷35的使用寿命。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2及图4说明，本实施方式的连接板04为方形板，X向微动台总成01的移动台36与连接板04通过螺纹连接件可拆卸连接，Y向微动台总成02的定位平台机体31四角处与连接板04通过螺纹连接件可拆卸连接。
本实施方式的连接板04连接方式能够节省X向微动台总成01与Y向微动台总成02的内部空间，X向微动台总成01的移动台36与连接板04通过螺纹连接件可拆卸连接，Y向微动台总成02的定位平台机体31四角处与连接板04通过螺纹连接件可拆卸连接，使螺纹连接件在Y向微动台总成02内占用的空间减小，从而减小Y向微动台总成02的体积。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图3说明，本实施方式的柔性铰链06包括四个连接臂61，四个连接臂61将移动台36的四边与定位平台机体31相连接，四条长条形通槽62依次沿移动台36的边檐开设于四个连接臂61上，相邻的长条形通槽62的两端于移动台36的直角处相互平行叠加设置。
本实施方式的柔性铰链06结构简单，便于线切割机床加工。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图3及图4说明，本实施方式的压电陶瓷35为水平设置的长方体，压电陶瓷35的长边沿移动台36的移动方向设置。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图5及图6说明，本实施方式的传感器支架32包括两个水平臂71与一个竖直板72，竖直板72的顶端与一个水平臂71固接，竖直板72的底端与另一个水平臂71固接，每个水平臂71开设有若干个螺纹孔73。
每个水平臂71开设有若干个螺纹孔73，并且两个水平臂71均与一个竖直板72垂直设置，如此设置，便于传感器支架32两端的拆装。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图5及图6说明，本实施方式的腔体为通腔且沿竖直方向开设，移动台36设置于腔体顶部，腔体底面设有底板74，底板74与定位平台机体31可拆卸连接。
底板74将定位平台机体31的腔体封闭，这样便于X向微动台总成01与Y向微动台总成02进行模块化安装，并且定位平台机体31内的零部件不容易遗失或损坏。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1及图4说明，本实施方式的定位平台机体31的侧壁固接有侧板75，侧板75与传感器支架32对应设置。
本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。
工作原理
参见图1至图4说明，对X向微动台总成01的压电陶瓷35及Y向微动台总成02的压电陶瓷35分别施加适当电压，压电陶瓷35沿长边方向产生相应伸缩，推动柔性铰链06产生变形，从而使移动台36相应移动，使Y轴和X轴产生微纳米位移输出，X向微动台总成01的传感器与Y向微动台总成02的传感器分别反馈X轴和Y轴的位移反馈信息，传输给控制器，控制器采用PID控制，从而达到全闭环高精度控制。
压电陶瓷35的安装方式：使用外力将挡板37与定位平台机体31之间的压电陶瓷35安装距离拉大，外力使柔性铰链06变形，然后将压电陶瓷35放入该安装距离内，外力撤出，柔性铰链06变形复位将压电陶瓷37自动锁紧，使压电陶瓷35的两端分别与挡板37及定位平台机体31的腔体侧壁相贴合，压电陶瓷35安装完成。
Claims (8)
1.一种二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：所述二自由度组合式全闭环纳米级微动平台包括X向微动台总成(01)、Y向微动台总成(02)、连接板(04)与底座(05)，
X向微动台总成(01)与Y向微动台总成(02)的结构相同，
X向微动台总成(01)包括定位平台机体(31)、传感器支架(32)、传感器、接线连接器(34)、压电陶瓷(35)与移动台(36)，
定位平台机体(31)顶面开设有腔体，移动台(36)与腔体相配合，移动台(36)底面固接有挡板(37)，定位平台机体(31)与移动台(36)通过柔性铰链(06)连接，压电陶瓷(35)置于移动台(36)底面，传感器支架(32)、挡板(37)与压电陶瓷(35)依次沿移动台(36)移动方向设置，压电陶瓷(35)的伸缩方向与移动台(36)的移动方向相一致，压电陶瓷(35)的一端与挡板(37)贴合，压电陶瓷(35)的另一端与腔体侧壁贴合，
传感器支架(32)为Z形支架，传感器设置于传感器支架(32)内，传感器的两个触点分别设置于传感器支架(32)的两端，传感器支架(32)的一端与挡板(37)连接，传感器支架(32)的另一端与定位平台机体(31)连接，接线连接器(34)设置于定位平台机体(31)的外侧壁，
Y向微动台总成(02)、连接板(04)、X向微动台总成(01)与底座(05)由上至下依次可拆卸连接，Y向微动台总成(02)的移动台(36)的移动方向与X向微动台总成(01)的移动台(36)的移动方向相垂直。
2.根据权利要求1所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：定位平台机体(31)为水平放置的方形平台机体，移动台(36)为水平放置的方形台，移动台(36)的侧壁沿竖直方向开设有凹槽(38)，定位平台机体(31)的腔体侧壁固接有凸台(39)，凸台(39)与凹槽(38)相配合，压电陶瓷(35)的所述另一端与凸台(39)相贴合，移动台(36)顶面固接有方形盖板，方形盖板尺寸与移动台(36)顶面尺寸一致。
3.根据权利要求2所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：连接板(04)为方形板，X向微动台总成(01)的移动台(36)与连接板(04)通过螺纹连接件可拆卸连接，Y向微动台总成(02)的定位平台机体(31)四角处与连接板(04)通过螺纹连接件可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：柔性铰链(06)包括四个连接臂(61)，四个连接臂(61)将移动台(36)的四边与定位平台机体(31)相连接，四条长条形通槽(62)依次沿移动台(36)的边檐开设于四个连接臂(61)上，相邻的长条形通槽(62)的两端于移动台(36)的直角处相互平行叠加设置。
5.根据权利要求4所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：压电陶瓷(35)为水平设置的长方体，压电陶瓷(35)的长边沿移动台(36)的移动方向设置。
6.根据权利要求5所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：传感器支架(32)包括两个水平臂(71)与一个竖直板(72)，竖直板(72)的顶端与一个水平臂(71)固接，竖直板(72)的底端与另一个水平臂(71)固接，每个水平臂(71)开设有若干个螺纹孔(73)。
7.根据权利要求6所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：腔体为通腔且沿竖直方向开设，移动台(36)设置于腔体顶部，腔体底面设有底板(74)，底板(74)与定位平台机体(31)可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的二自由度组合式全闭环纳米级微动平台，其特征在于：定位平台机体(31)的侧壁固接有侧板(75)，侧板(75)与传感器支架(32)正对设置。
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