CN214847751U - 一种平面三自由度精密微位移定位平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：包括运动平台、柔性杠杆放大机构一、基座、压电陶瓷驱动器、预紧螺纹孔、预紧螺钉、定位孔；所述基座上设有定位孔；所述运动平台呈正三角形形状；所述柔性杠杆放大机构每两个为一组，对称放置分布在所述正三角形运动平台每一个端点，并通过直圆型柔性铰链与所述运动平台和所述基座连接；所述压电陶瓷驱动器设有三组，分别设置于三个压电陶瓷驱动器安装槽内且相对运动平台中心呈120º均匀分布，并通过预紧螺钉进行预紧，从而实现动平台在平面内高精度的运动。其优点在于采用以上方案，运动平台与基座之间通过柔性杠杆放大机构间接相连，能够放大压电陶瓷驱动器的输出位移，增大运动平台的行程；所述运动平台每一个端点连接两个并联对称分布的柔性杠杆放大机构，同时满足驱动力的平均分配及解耦和大刚度的要求；采用三个压电陶瓷驱动器驱动，实现运动平台在平面的三维高精度、大行程的运动。

Description

一种平面三自由度精密微位移定位平台

技术领域

本实用新型涉及精密驱动与控制领域，尤其涉及一种平面三自由度精密微位移定位平台及实现方法。

背景技术

随着精密定位平台在医疗、生物工程及精密制造等领域的研究及应用不断深入，对精密定位平台的需求也越来越广泛；而且目前对高精密及高灵活性定位平台的需求更加急迫，由于并联机构具有高刚度、灵巧性等优点，以及柔性机构具有无冲击、无间隙、无摩擦、无需润滑等优点，已被广泛应用于精密定位平台中。

本平面三自由度精密微位移定位平台可由三个压电陶瓷驱动器驱动，在一个平面上具有三个自由度，满足多自由度的要求；机构整体对称的设计与并联的分布方式，使得此平面三自由度精密微位移定位平台同时满足驱动力的平均分配及解耦和大刚度的要求，多自由度、解耦效果好、刚度大的优点使得此平面三自由度精密微位移定位平台能够适用更多的情况，具有很大的发展前景。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本实用新型提供一种平面三自由度精密微位移定位平台，能够达到更高精度的亚微米甚至纳米级定位要求。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：包括运动平台、柔性杠杆放大机构一、基座、压电陶瓷驱动器、预紧螺纹孔、预紧螺钉；所述基座侧面设有预紧螺纹孔，侧面设有定位孔；所述运动平台呈正三角形形状，并设置在整个定位平台的中心位置；所述柔性杠杆放大机构一共有六个，每一个通过直圆型柔性铰链与连接杆一和连接杆二相连，连接后每两个为一组并联对称放置在所述正三角形运动平台的每一个端点，三组放大杠杆与连接杆一和连接杆二相连的连接体并联且相对于运动平台中心呈120º均匀分布，并通过位移输出杆彼此相连呈封闭机构，此封闭机构的外侧通过直圆型柔性铰链与所述基座连接，所述压电陶瓷驱动器设置在位移输出杆与基座围成的半封闭压电陶瓷驱动器安装槽中并安装在位移输出杆上。

所述直圆型柔性铰链均呈双边圆弧结构并且尺寸相同。

所述位移输出杆通过直圆型柔性铰链先与两个连接杆二相连，接着与两个放大杠杆相连，再与两个连接杆一连接，此连接体相对运动平台的中心呈120°均匀分布，最后通过直圆型柔性铰链与运动平台和基座连接成本平面三自由度精密微位移定位平台。

所述每一个柔性杠杆放大机构一中的放大杠杆一侧通过直圆型柔性铰链分别与连接杆一和连接杆二连接，另一侧通过直圆型柔性铰链与基座连接。

所述压电陶瓷驱动器产生的输出位移通过位移输出杆与连接杆一传递到放大杠杆，经过放大杠杆放大的输出位移再通过连接杆二传递到运动平台。

所述每一个压电陶瓷驱动器能为运动平台提供一个自由度，三个压电陶瓷驱动器交错工作能够使运动平台在平面上实现三个自由度的运动。

所述每一个自由度方向上连接体中的压电陶瓷驱动器工作时，所产生的输出位移依次通过位移输出杆、通过直圆型柔性铰链与位移输出杆相连的两个连接杆一、放大杠杆、连接杆二最后传递到运动平台，另外与此连接体相对运动平台中心呈120º均匀分布的两个连接体具有为此自由度方向上的输出位移提供解耦的作用，严格将压电陶瓷驱动器的输出位移转换成运动平台的位移，防止寄生运动的产生，进一步保证运动精度。

所述每一个压电陶瓷驱动器能为运动平台提供一个自由度，三个压电陶瓷驱动器交错工作能够使运动平台在平面上实现三个自由度的运动。

所述运动平台每一个端点通过直圆型柔性铰链连接着两个放大杠杆与连接杆一和连接杆二相连的连接体，这两个连接体并联且相互对称分布，与运动平台三个端点相连的三对连接体又相互并联且相对运动平台的中心呈120º均匀分布，机构整体对称的设计与并联的分布方式，使得此平面三自由度精密微位移定位平台同时满足驱动力的平均分配及解耦和大刚度的要求，进而适用更多的情况。

所述运动平台、杠杆放大机构一、基座呈一体式结构。

本实用新型的有益效果是：机构整体对称设计以及机构的并联分布方式，在实现了驱动力的平均分配及解耦的基础上，又进一步满足了大刚度的要求，从而增加了适用范围，运动平台与基座之间通过杠杆放大机构连接，能够放大压电陶瓷驱动器的输出位移，增大运动平台的行程，进而达到更高精度的亚微米甚至纳米级定位要求。

附图说明

图1为本实用新型所述一种平面三自由度精密微位移定位平台的三维结构示意图

图2为所述一种平面三自由度精密微位移定位平台的平面示意图

图3为图1与图2中A处的放大示意图

附图标记说明：运动平台1、柔性杠杆放大机构2、放大杠杆21、连接杆一22，连接杆二23、位移输出杆24、直圆型柔性铰链25、基座3、压电陶瓷驱动器4、预紧螺纹孔51、预紧螺钉52和定位孔6。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明：如图1、图2所示，一种平面三自由度精密微位移定位平台，包括运动平台1、柔性杠杆放大机构一2、基座3、压电陶瓷驱动器4、预紧螺纹孔51、预紧螺钉52；所述基座3上设有预紧螺纹孔51和定位孔6；所述运动平台1呈正三角形形状，并设置在整个机构的中心位置；所述柔性杠杆放大机构一2共有六个，每一个通过直圆型柔性铰链25与连接杆一22和连接杆二23相连，连接后每两个为一组并联且通过直圆型柔性铰链25与所述正三角形运动平台1的每一个端点连接，三组放大杠杆21与连接杆一22和连接杆二23相连的连接体并联且相对于运动平台1中心120º均匀分布，并通过位移输出杆24彼此相连呈封闭机构，此封闭机构的外侧通过直圆型柔性铰链25与所述基座3连接，所述压电陶瓷驱动器4设置在位移输出杆24与基座3围成的半封闭压电陶瓷驱动器安装槽中并安装在位移输出杆24上。

其中，所述直圆型柔性铰链25均呈双边圆弧结构并且尺寸相同，符合其运动位移，保证精度要求。

如图1所示，所述位移输出杆24通过直圆型柔性铰链25先与两个连接杆二23相连，接着与两个放大杠杆21相连，再与两个连接杆一22连接，此连接体相对运动平台1的中心呈120°均匀分布，最后通过直圆型柔性铰链25与运动平台1和基座3连接成本平面三自由度精密微位移定位平台。

如图3所示，所述每一个柔性杠杆放大机构一2中的放大杠杆21一侧通过直圆型柔性铰链25分别与连接杆一22和连接杆二23连接，另一侧通过直圆型柔性铰链25与基座3连接。

进一步，如图2所示，所述压电陶瓷驱动器4产生的输出位移通过位移输出杆24与连接杆一22传递到放大杠杆21，经过放大杠杆21放大的输出位移再通过连接杆二23传递到运动平台1。

其中，压电陶瓷驱动器4被放置在位移输出杆24与基座3围成的半封闭压电陶瓷驱动器安装槽中，工作前通过预紧螺纹孔51和预紧螺钉52预紧，减少寄生运动的产生，保证了压电陶瓷驱动器输出位移的精度。

进一步，如图2所示，所述每一个自由度方向上的压电陶瓷驱动器4工作时，所产生的输出位移依次通过位移输出杆24、通过直圆型柔性铰链25与位移输出杆24相连的两个连接杆一22、放大杠杆21、连接杆二23最后传递到运动平台1，另外与此压电陶瓷驱动器直接驱动的连接体相对运动平台1中心呈120º均匀分布的两个连接体具有为此自由度方向上的输出位移提供解耦的作用，严格将压电陶瓷驱动器4的输出位移转换成运动平台1的位移，减少寄生运动的产生，进一步保证运动精度。

其中，所述的每一个压电陶瓷驱动器4能为运动平台1提供一个自由度，三个压电陶瓷驱动器4交错工作能够使运动平台1在平面上实现三个自由度的运动。

如图2所示，所述运动平台1每一个端点通过直圆型柔性铰链25连接着两个放大杠杆21与连接杆一22和连接杆二23相连的连接体，这两个连接体并联且相互对称分布，与运动平台1三个端点相连的三对连接体又相互并联且相对运动平台1的中心呈120º均匀分布，机构整体对称的设计与并联的分布方式，使得此平面三自由度精密微位移定位平台同时满足驱动力的平均分配及解耦和大刚度的要求，进而适用更多的情况。

其中，所述运动平台1、柔性杠杆放大机构一2、基座3呈一体式结构，由一整块材料加工而成，进一步保证了压电陶瓷驱动器输出位移传递的高精度、无间隙、无摩擦、无需润滑的特点。

其中，所述压电陶瓷驱动器4具有体积小、输出力大以及精度和分辨率高等优点，是实现高精度微位移的理想驱动器，以压电陶瓷作为驱动器的微位移定位系统能够实现亚微米甚至纳米级定位精度。

上述具体实施方式不应视为对实用新型的限制，但任何基于本实用新型所作的改进都应视为本实用新型的延伸，都应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：包括运动平台1、柔性杠杆放大机构一2、基座3、压电陶瓷驱动器4、预紧螺纹孔51、预紧螺钉52；所述基座3侧面设有预紧螺纹孔51，上面设有定位孔6；所述运动平台1呈正三角形形状，并设置在整个定位平台的中心位置；所述柔性杠杆放大机构一2共有六个，每一个通过直圆型柔性铰链25与连接杆一22和连接杆二23相连，连接后每两个为一组并联且通过直圆型柔性铰链25与所述正三角形运动平台1的每一个端点连接，三组放大杠杆21与连接杆一22和连接杆二23相连的连接体并联且相对于运动平台1中心呈120º均匀分布，并通过位移输出杆24彼此相连呈封闭机构，此封闭机构的外侧通过直圆型柔性铰链25与所述基座3连接，所述压电陶瓷驱动器4设置在位移输出杆24与基座3围成的半封闭压电陶瓷驱动器安装槽中并安装在位移输出杆24上。

2.根据权利要求1所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述直圆型柔性铰链25均呈双边圆弧结构并且尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述位移输出杆24通过直圆型柔性铰链25先与两个连接杆二23相连，接着与两个放大杠杆21相连，再与两个连接杆一22连接，此连接体相对运动平台1的中心呈120°均匀分布，最后通过直圆型柔性铰链25与运动平台1和基座3连接成本平面三自由度精密微位移定位平台。

4.根据权利要求3所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述每一个柔性杠杆放大机构一2中的放大杠杆21一侧通过直圆型柔性铰链25分别与连接杆一22和连接杆二23连接，另一侧通过直圆型柔性铰链25与基座3连接。

5.根据权利要求1所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器4产生的输出位移通过位移输出杆24与连接杆一22传递到放大杠杆21，经过放大杠杆21放大的输出位移再通过连接杆二23传递到运动平台1。

6.根据权利要求5所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述每一个自由度方向上的压电陶瓷驱动器4工作时，所产生的输出位移依次通过位移输出杆24、通过直圆型柔性铰链25与位移输出杆24相连的两个连接杆一22、放大杠杆21、连接杆二23最后传递到运动平台1，另外与此压电陶瓷驱动器直接驱动的连接体相对运动平台1中心呈120º均匀分布的两个连接体具有为此自由度方向上的输出位移提供解耦的作用，严格将压电陶瓷驱动器4的输出位移转换成运动平台1的位移，防止寄生运动的产生，进一步保证运动精度。

7.根据权利要求6所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述每一个压电陶瓷驱动器4能为运动平台1提供一个自由度，三个压电陶瓷驱动器4交错工作能够使运动平台1在平面上实现三个自由度的运动。

8.根据权利要求1所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述运动平台1每一个端点通过直圆型柔性铰链25连接着两个放大杠杆21与连接杆一22和连接杆二23相连的连接体，这两个连接体并联且相互对称分布，与运动平台1三个端点相连的三对连接体又相互并联且相对运动平台1的中心呈120º均匀分布，机构整体对称的设计与并联的分布方式，使得此平面三自由度精密微位移定位平台同时满足驱动力的平均分配及解耦和大刚度的要求，进而适用更多的情况。

9.根据权利要求1所述的平面三自由度精密微位移定位平台，其特征在于：所述运动平台1、所述柔性杠杆放大机构一2、所述基座3呈一体式结构。

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