KR100738415B1 - Fine motion manipulator with three joints and three axes parallel fine planar motion manipulation apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 두 방향의 미세 직선운동용 관절과 한 방향의 미세 회전운동용 관절로 구성된 미세구동용 조작기와, 이 미세구동용 조작기의 소정의 개수를 기판에 병렬로 연결하여 평면에서 3축 방향의 미세운동을 수행하는 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치에 관한 것으로서, 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치는 평면에서 두 방향의 직선운동과 한 방향의 회전운동을 수행하기 위하여 3개의 미세구동용 조작기와, 상기 3개의 미세구동용 조작기들에 대하여 공간적으로 이들 중심에 위치하여 이들이 서로 연결된 기판(B)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 3개의 미세구동용 조작기는 상기 기판을 중심으로 120°의 각도 배열된다.The present invention is a micro-driving manipulator composed of two joints for the fine linear motion in two directions and a joint for the rotational motion in one direction, and a predetermined number of the micro-driving manipulator in parallel to the substrate in the three-axis direction The three-axis parallel micro-plane motion control device for performing the micro-movement, the three-axis parallel micro-plane motion control device for three micro-drive to perform a linear motion in two directions and a rotational motion in one direction in the plane The manipulator and the three micro-driving manipulators are characterized in that they comprise a substrate (B) which are located at their centers in space and connected to each other. Here, the three micro-driving manipulators are arranged at an angle of 120 ° about the substrate.
나노, 매니퓰레이터, 미세구동용 조작기, 3축, 병진운동, 회전운동, 평면운동 Nano, manipulator, manipulator for fine driving, 3-axis, translational, rotational, planar
Description
도 1은 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
도 2는 도 1의 제1 미세구동용 조작기를 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a first micro-driving manipulator of FIG. 1.
도 3a는 도 2의 미세구동용 조작기의 평행 선형 용수철(10)을 나타낸 구성도이다. 3A is a configuration diagram illustrating a parallel
도 3b는 도 2의 미세구동용 조작기의 이중복합 선형 용수철(20)을 나타낸 구성도이다.Figure 3b is a block diagram showing a double complex
도 3c는 도 2의 미세구동용 조작기의 유연힌지(30)를 나타낸 구성도이다.3C is a configuration diagram illustrating the
도 4a는 도 3a의 평행 선형 용수철(10) 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 4A is a configuration diagram for describing the operation of the parallel
도 4b는 도 3b의 이중복합 선형 용수철의 동작(20)을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 4B is a configuration diagram for explaining the
도 4c는 도 3c의 유연힌지(30)의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.4C is a configuration diagram illustrating the operation of the
도 5는 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 병진운동을 설명하기 위한 구성도이다.Figure 5 is a block diagram for explaining the translational motion of the three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 회전운동을 설 명하기 위한 구성도이다.Figure 6 is a block diagram for explaining the rotational motion of the three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
본 발명은 미세구동용 조작기 (manipulator)에 관한 것으로서, 특히 두 방향의 미세 직선운동용 관절과 한 방향의 미세 회전운동용 관절로 구성된 미세구동용 조작기와, 이 미세구동용 조작기의 소정의 개수를 기판에 병렬로 연결하여 평면에서 3축 방향의 미세운동을 수행하는 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator for a microdrive, and in particular, a microdrive manipulator comprising two joints for a fine linear motion in two directions and a joint for a rotational motion in one direction, and a predetermined number of the manipulators for the microdrive. The present invention relates to a three-axis parallel type micro-plane motion manipulation device connected in parallel to the substrate to perform the micro-movement in the three-axis direction in the plane.
최근들어 표본을 검사하거나 소정의 기구의 움직임을 미세하게 조작하기 위하여 나노 분해능의 정밀도를 갖는 미세구동용 조작기 (manipulator)와 이들을 서로 연결하여 제작된 조작 장치들(manipulating apparatuses)이 개발되고 있다.Recently, in order to inspect a specimen or to finely manipulate a movement of a predetermined apparatus, a manipulator for micro-drive with precision of nano resolution and manipulating apparatuses manufactured by connecting them to each other have been developed.
이와 같은 미세구동용 조작기는 압전소자와, 그 압전소자와 연결되고 힌지가 형성되어 소정의 표본을 지지하는 기판으로 구성된다. 이러한 미세구동용 조작기는 압전소자에 가해지는 전압에 따라 압전소자의 길이가 변하고 그에 따라 그 압전소자에 연결된 기판이 미세하게 움직인다. 따라서 기판에 놓인 표본이 미세하게 움직일 수 있다. 한편, 미세구동용 조작기들이 서로 연결되어 제작된 조작 장치들은 각 미세구동용 조작기들에 포함된 압전소자들에 가해지는 전압에 따라 압전소자들의 길이가 변하고 그에 따라 그 압전소자들에 연결된 기판들이 서로 미세하게 움직인다. 따라서 상기 기판들 중에 어느 하나에 놓인 표본이 미세하게 움직인다.Such a micro-driving manipulator includes a piezoelectric element and a substrate connected to the piezoelectric element and hinged to support a predetermined sample. The manipulator for such a microdrive changes the length of the piezoelectric element according to the voltage applied to the piezoelectric element, and thus the substrate connected to the piezoelectric element moves finely. Thus, the specimen placed on the substrate can move finely. On the other hand, the manipulators manufactured by connecting the micro-driving manipulators to each other have different lengths of the piezoelectric elements according to the voltage applied to the piezoelectric elements included in the micro-driving manipulators. Move finely Thus, the specimen placed on any one of the substrates moves finely.
여기서, '미세'라는 의미는 물리적으로 나노 분해능을 의미하며, 힌지는 소정의 금속체로서 탄력성/복원성을 갖도록 형성된 금속체를 의미한다.Here, the term 'fine' means physically nano resolution, and the hinge means a metal body formed to have elasticity / resilience as a predetermined metal body.
예를 들어, 종래 기술에 따른 X, Y, Θ의 3축 구동을 위한 3축 평면 병렬 조작 장치 (도면에 나타내지 않음)는 3개의 관절이 각 링크를 지지한 상태로 구동토록 하는 미세구동용 조작기와 이들을 서로 연결하는 기판으로 구성된다. 즉, 각 미세구동용 조작기는 직선운동(P)을 하는 병진관절과 회전운동(R)을 하는 회전관절의 조합에 의해 운동을 수행한다. 평면에서 3개의 관절형 미세구동용 조작기에 의해 3축의 운동을 구현하기 위해서는 각 미세구동용 조작기의 3개의 관절 운동은 각각 RRR, RRP, RPR, RPP, PRR, PRP, PPR의 7가지의 조합중 하나로 구성되어야 한다. 상기 관절 조합 중 RRR 및 PRR 형식의 미세구동용 조작기에 의한 조작장치들은 유연 힌지로 구현되어, 나노 분해능으로 운동을 수행한다. 그러나, 비록 종래의 조작장치는 유연힌지를 이용하여 쉽게 구현될 수 있으나, 정기구학(direct kinematics)이 양함수 형태로 존재하지 않기 때문에 수치해석 방법을 이용해야 하는 단점을 가지고 있다. 또한, 종래의 조작장치는 운동영역의 경계선이 오목한 형태로 구현되어야 하기 때문에 운동영역이 좁은 단점을 가지고 있다.For example, a three-axis planar parallel operation device (not shown) for driving three axes of X, Y, Θ according to the prior art is a micro-driven manipulator which allows three joints to be driven while supporting each link. And a substrate connecting them to each other. That is, each of the micro-driving manipulator performs the movement by a combination of a translational joint having a linear motion (P) and a rotary joint having a rotational movement (R). In order to realize three axes of motion by three articulated microdrive manipulators in the plane, the three articulation motions of each microdrive manipulator may be one of seven combinations of RRR, RRP, RPR, RPP, PRR, PRP, and PPR. It must consist of one. Among the joint combinations, the manipulators of the micro-manipulators of the RRR and PRR types are implemented with flexible hinges to perform motion with nano resolution. However, although a conventional operating device can be easily implemented using a flexible hinge, there is a disadvantage that a numerical analysis method must be used since direct kinematics does not exist in the form of an explicit function. In addition, the conventional operating device has a disadvantage that the movement area is narrow because the boundary line of the movement area should be implemented in a concave shape.
따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 방향의 직선운동과 한 방향의 회전운동을 수행하고, 양함수 형태의 정기구학(direct kinematics)을 갖으며 그 운동 영역이 넓은 조작장치로서, 미세구동용 조작기와, 이 미세구동용 조작기의 소정의 개수를 기판에 병렬로 연결하여 평면에서 3축 방향의 미세운동을 수행하는 3축 병렬형 미세 평면운동 조작 장치를 제공하는 데에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and performs a linear motion in two directions and a rotational motion in one direction, has direct kinematics in the form of an explicit function and has a wide range of motion. An apparatus for providing a three-axis parallel type microplanar motion control device which connects a microdrive manipulator and a predetermined number of the microdrive manipulators in parallel to a substrate to perform micromovement in a three-axis direction in a plane. have.
이를 위하여, 본 발명에 따른 미세구동용 조작기는 x-축 방향으로 직선운동(P)을 수행하는 평행 선형 용수철 (10)과, 상기 평행 선형 용수철(10)에 연결되어 상기 x-축 방향과 직각 방향인, y-축 방향으로 직선운동(P)을 수행하는 이중복합 선형 용수철(20)과, 상기 이중복합 선형 용수철(20)에 연결되어 소정의 각도 (Θ)로 평면에서 회전운동(R)하는 유연힌지(30)를 포함하여 실시함으로써 달성된다.To this end, the micro-driving manipulator according to the present invention is connected to the parallel
또한, 3축 평면 나노 분해능 병렬운동 조작 장치는 평면에서 두 방향의 직선운동과 한 방향의 회전운동을 수행하는 3개의 미세구동용 조작기와, 상기 3개의 미세구동용 조작기들에 대하여 공간적으로 이들 중심에 위치하여 이들이 서로 연결된 기판(B)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 3개의 미세구동용 조작기는 상기 기판을 중심으로 120°의 각도 배열된다.In addition, the three-axis planar nano-resolution parallel motion manipulator includes three micro-driving manipulators for performing linear movements in two directions and a rotational movement in one direction, and spatially centering the three micro manipulators. Located in and characterized in that they comprise a substrate (B) connected to each other. Here, the three micro-driving manipulators are arranged at an angle of 120 ° about the substrate.
도 1은 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치는, 평면에서 두 방향의 직선운동과 한 방향의 회전운동을 수행하는 제1 미세구동용 조작기(M1), 제2 미세구동용 조작기(M2) 및 제3 미세구동용 조작기(M3)와, 이 제1~제3 미세구동용 조작기들에 대하여 공간적으로 이들 중심에 위치하여 이들이 서로 연결된 기판(B)을 포함한다. 즉, 이들 제1~제3 미세구동용 조작기들은 기판(B)를 중심으로 120°의 각도로 배열되어 있다. 여기서, 이들 제1~제3 미세구동용 조작기들의 구조는 서로 같기 때문에, 제1 미세구동용 조작기를 중심으로 그 구조와 동작을 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.The three-axis parallel microplanar motion control device includes a first microdriven manipulator M1, a second microdriven manipulator M2, and a third microcomputer that perform linear motion in two directions and rotational motion in one direction in a plane. The driving manipulator M3 and the board | substrate B which are located in these centers spatially with respect to these 1st-3rd micro manipulators, and are connected to each other. That is, these first to third micro-driving manipulators are arranged at an angle of 120 ° with respect to the substrate (B). Here, since the structures of these first to third micro-driving manipulators are the same, the structure and operation of the first micro-driving manipulator will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 도 1의 제1 미세구동용 조작기(M1)를 나타낸 구성도이다. x-축 방향으로 직선운동(P)을 수행하는 평행 선형 용수철 (10)과, 평행 선형 용수철(10)에 연결되어 x-축방향과 직각 방향인, y-축 방향으로 직선운동(P)을 수행하는 이중복합 선형 용수철(20)과, 이중복합 선형 용수철(20)에 연결되어 소정의 각도 (Θ)로 평면에서 회전운동(R)하는 유연힌지(30)를 포함한다. 제1 미세구동용 조작기(M1)의 각 요소를 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a diagram illustrating the first micro-driving manipulator M1 of FIG. 1. a parallel
도 3a는 도 2의 미세구동용 조작기의 평행 선형 용수철(10)을 나타낸 구성도이다. 소정의 거리를 두고 바닥판(14-1, 14-2)에 서로 나란하게 고정되는 제1 및 제2 판용수철 (11-1, 11-2)과, 제1 및 제2 판용수철(11-1, 11-2)의 쪽 끝을 서로 연결하는 제1 연결부(12)와, 제1 연결부(12)의 옆쪽에 돌출되어 서로 마주보도록 대칭되는 위치에, 제1 및 제2 판용수철(11-1, 11-2)의 길이 이내에서 구부러진 모양을 갖는 제1 및 제2 기준판(13-1, 13-2)으로 이루어진다. 제 1 기준판(13-1)의 끝의 한쪽 끝에는 제 1 고정부(13-11)와 제 2 고정부(13-12)가 상하로 돌출되며, 제 2 기준판(13-2)의 끝이 한족 끝에는 제 3 고정부(13-13) 및 제 4 고정부(13-14)가 상하로 돌출된다.3A is a configuration diagram illustrating a parallel
도 3b는 도 2의 미세구동용 조작기의 이중복합 선형 용수철(20)을 나타낸 구성도이다.Figure 3b is a block diagram showing a double complex
이중복합 선형 용수철(20)은, 도 2의 제1 기준판(13-1)의 끝의 한 쪽에 위치하는 제1 고정부(13-11)에 고정되고, 제1 기준판(13-1)과 제1 연결부(12) 사이에 형성되는 공간에 위치하는 제1 굽힘형 판용수철(22-1)과, 제1 기준판(13-1)의 끝의 다른 한 쪽에 위치하는 제2 고정부(13-12)에 고정되고, 제1 기준판(13-1)과 바닥판 (14-1)에 고정되는 제1 판용수철(11-1)의 끝 사이에 위치하는 제2 굽힘형 판용수철(22-2)과, 제2 기준판(13-2)의 끝의 한 쪽에 위치하는 제3 고정부(13-13)에 고정되고, 제1 기준판(13-1)과 제1 연결부(12) 사이에 형성되는 공간에 위치하는 제3 굽힘형 판용수철(22-3)과, 제2 기준판(13-2)의 끝의 다른 한 쪽에 위치하는 제4 고정부(13-14)에 고정되고, 제2 기준판(13-2)과 바닥판 (14-2)에 고정되는 제1 판용수철(11-2)의 끝 사이에 위치하는 제4 굽힘형 판용수철(22-4)을 포함한다. 또한, 이중복합 선형 용수철(20)은 제1 굽힘형 판용수철(22-1)의 끝과 제3 굽힘형 판용수철(22-3)의 끝을 연결하는 제2 연결부(21)와, 제2 굽힘형 판용수철(22-2)의 끝과 제4 굽힘형 판용수철(22-4)의 끝을 연결하는 제3 연결부(26)와, 평행 선형 용수철(10)의 제1 및 제2 기준판(13-1, 13-2)의 운동방향(x-축방향)에 대하여 직각 방향(y-축방향)으로 이동할 수 있도록, 제2 연결부(21)와 제3 연결부(26)을 연결하는 제4 연결부(25)를 포함한다.The double-composite
도 3c는 도 2의 미세구동용 조작기의 유현힌지(30)를 나타낸 구성도이다.FIG. 3C is a block diagram showing the
상기 유연힌지(30)는, 도 3b의 제3 연결부(26)와 기판(B) 사이에 위치하고, 제3 연결부(26)를 기준으로 x-y 평면에서 기판(B)을 소정의 각도 (Θ)로 회전운동(R) 시킬 수 있도록 형성된다. 여기서, 유연 힌지(30)는 중심점(O)를 중심으로 x-y평면의 수직방향 (Z축; 도면에 나타내지 않음)에 대하여 양쪽으로 원형으로 패여 형성됨으로써 탄성력을 갖는다.The
상기 제1 미세구동용 조작기(M1)를 구성하는 평행 선형 용수철(10), 이중복합 선형 용수철(20) 및 유연힌지(30)는 제2 및 제3 평면 병렬운동 미세구동용 조 작기(M2, M3)에도 같은 구조로서 형성되어 있기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.The parallel
이제 상기와 같이, 제1 미세구동용 조작기(M1)를 구성하는 평행 선형 용수철(10), 이중복합 선형 용수철(20) 및 유연힌지(30)의 동작을 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.Now, as described above, the operation of the parallel
도 4a는 도 3a의 평행 선형 용수철(10) 동작을 설명하기 위한 구성도이다.4A is a configuration diagram for describing the operation of the parallel
소정의 외력이 평행 선형 용수철(10)에 인가되면, 평행 선형 용수철(10)의 제1 및 제2 판용수철(11-1, 11-2)은 x-축방향으로 변형이 일어나고, 그에 따라 제1 연결부(12)는 바닥판 (14-1, 14-2)를 기준으로 x-축방향으로 병렬 운동을 수행한다. 따라서, 평형상태에 있는 평행 선형 용수철(10)의 위치는 x-축방향으로 이동한 상태에 있는 평행 선형 용수철(10')의 위치로 변화된다.When a predetermined external force is applied to the parallel
도 4b는 도 3b의 이중복합 선형 용수철의 동작(20)을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 4B is a configuration diagram for explaining the
소정의 외력이 이중복합 선형 용수철(20)에 인가되면, 제1, 제2, 제3 및 제4 굽힘형 판용수철 (22-1, 22-2, 22-3, 22-4)는 y-축방향으로 변형이 일어나고, 그에 따라 제2, 제3, 제4 연결부(21, 26, 25)는 제1, 제2, 제3, 제4 고정부(13-11, 13-12, 13-13, 13-14)를 기준으로 y-축방향으로 병렬 운동을 수행한다. 따라서, 평형상태에 있는 이중복합 선형 용수철(20)의 위치는 y-축방향으로 이동한 상태에 있는 이중복합 선형 용수철(20')의 위치로 변화된다.When a predetermined external force is applied to the double-composite
도 4c는 도 3c의 유연힌지(30)의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.4C is a configuration diagram illustrating the operation of the
도 4a와 도4b와 같이, 평행 선형 용수철(10)이 x-축 방향으로 이동하고 이중복합 선형 용수철(20)이 y-축 방향으로 이동함으로써, 유연힌지(30)는 기판(B)을 상대적으로 회전시킨다. 따라서, 평형상태에 있는 기판(B)의 위치는 회전운동 상태에 있는 기판(B')의 위치로 변화된다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the
여기서, 상기 기판(B)는 제2 및 제3 미세구동용 조작기(M2, M3)의 유연힌지들과 연결되어 있기 때문에, 그 운동은 이들 유연힌지와 종속적이 된다.Here, since the substrate B is connected with the flexible hinges of the second and third micro-driving manipulators M2 and M3, the movement becomes dependent on these flexible hinges.
지금까지 제1 미세구동용 조작기(M1)에 포함된 평행 선형 용수철(10), 이중복합 선형 용수철(20) 및 유연힌지(30)의 구조와 그 동작에 대하여 설명하였지만, 제2 및 제3 미세구동용 조작기(M2, M3)에 포함된 평행 선형 용수철, 이중복합 선형 용수철 및 유연힌지도 제1 제1 미세구동용 조작기(M1)에 포함된 평행 선형 용수철(10), 이중복합 선형 용수철(20) 및 유연힌지(30)와 같기 때문에, 이들에 대한 설명은 생략한다.Although the structure and operation of the parallel
따라서, 도 4a 내지 도 4c에 나타낸 것과 같이, 소정의 외력이 예를 들어, 제1 미세구동용 조작기(M1)에 인가됨으로써, 해당하는 평행 선형 용수철(10)과 이중복합 선형 용수철(20)이 각각 선형운동을 수행하고 그에 따라 유연힌지(30)가 기판(B)에 대하여 상대적으로 회전운동(R)을 수행한다. 제1 미세구동용 조작기(M1)가 운동하는 방식으로, 제2 및 제3 미세구동용 조작기(M2, M3)도 운동을 수행한다. 즉, 제1 내지 제3 미세구동용 조작기(M1, M2, M3)의 운동에 따라 기판(B)은 평면에서 병진운동 및 회전운동을 수행하고, 이러한 운동을 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.Therefore, as shown in Figs. 4A to 4C, a predetermined external force is applied to the first micro-driving manipulator M1, for example, so that the corresponding parallel
도 5는 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 병진운동을 설명하기 위한 구성도이다.Figure 5 is a block diagram for explaining the translational motion of the three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치가 병진운동을 수행하려면, 예를 들어, 제1 및 제3 미세구동용 조작기(M1, M3)의 평행 선형 용수철과 이중복합 선형 용수철이, 화살표로 나타낸 것과 같이, 각각의 내부에 설정된 x-y 좌표계에서 x-축과 y-축으로 이동하고, 제2 미세구동용 조작기(M2)의 이중복합 선형 용수철이, 화살표로 나타낸 것과 같이, 그 자체에 설정된 y-축 방향으로 이동하면, 평형상태의 기판(B)은 병렬운동을 수행한다. 즉, 도면에 나타낸 것과 같이, 평형상태의 기판(B의 중심점(O)은 병렬운동을 수행한 후의 기판(B')의 위치(O')로 변화된다.In order for the three-axis parallel microplanar motion control device to perform the translational motion, for example, the parallel linear spring and the double-composite linear spring of the first and third microdrive manipulators M1 and M3 are represented by arrows. , The y-axis direction set in itself, as indicated by the arrow, in which the double-composite linear spring of the second micro-driving manipulator M2 moves in the x-axis and y-axis in the respective xy coordinate system Moving to, the substrate B in equilibrium performs parallel motion. That is, as shown in the figure, the center point O of the substrate B in equilibrium is changed to the position O 'of the substrate B' after performing parallel motion.
도 6은 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치의 회전운동을 설명하기 위한 구성도이다.Figure 6 is a block diagram for explaining the rotational motion of the three-axis parallel micro-planar motion control device according to the present invention.
3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치가 회전운동을 수행하려면, 예를 들어, 제1 내지 제3 미세구동용 조작기(M1, M2, M3)의 평행 선형 용수철과 이중복합 선형 용수철이, 화살표로 나타낸 것과 같이, 각각의 내부에 설정된 x-y 좌표계에서 x-축과 y-축으로 이동하면, 평형상태의 기판(B)은 중심점(O)을 기준으로 회전된다. 따라서, 도면에 나타낸 것과 같이, 평형상태의 기판(B의 중심점(O)과 회전운동을 수행한 후 기판(B')의 중심점(O')은 동일 하지만, 반경방향의 위치의 지점들은 반시계방향으로 이동된다.In order for the three-axis parallel microplanar motion control device to perform a rotational motion, for example, the parallel linear springs and the double-composite linear springs of the first to third microdriven manipulators M1, M2, and M3 are indicated by arrows. As described above, when the x-axis and the y-axis are moved in the xy coordinate system set therein, the equilibrium substrate B is rotated with respect to the center point O. Therefore, as shown in the drawing, the center point O of the equilibrium state B and the center point O 'of the substrate B' are the same after performing the rotational movement, but the points at the radial positions are counterclockwise. Is moved in the direction.
따라서, 본발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치는, 도 5와 도 6과 같은 방식으로, 병진운동 및 회전운동을 수행함으로써, 도면을 통하여 나타내지 는 않았지만, 기판에 놓인 표본을 기판의 평면방향에서 사용자가 원하는 임의의 위치로 이동시킬 수 있다. 여기서, 각 미세구동용 조작기가 나노 분해능으로 직선운동을 수행하기 때문에 기판도 나노 분해능으로 이동된다.Therefore, the three-axis parallel micro-planar motion control apparatus according to the present invention, by performing the translational and rotational motion in the same manner as in Figs. 5 and 6, although not shown through the drawings, the specimen placed on the substrate of the substrate It can be moved to any position desired by the user in the plane direction. Here, the substrate is also moved to nano resolution because each micro-driving manipulator performs linear motion with nano resolution.
본 발명의 실시예에서 제1 내지 제3 미세구동용 조작기에 가해지는 외력의 원천은 압전소자, 전기력 등이 될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the source of the external force applied to the first to third micro-driving manipulators may be a piezoelectric element, an electric force, or the like.
본 발명의 실시예에서는 3개의 미세구동용 조작기를 이용하였지만, 그 수를 더 늘어난 실시예를 구현할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, three manipulators for micro-drive are used, but the number of embodiments can be further increased.
따라서 본 발명에 따른 3축 병렬형 미세 평면운동 조작장치는 두 방향의 직선운동과 한 방향의 회전운동을 수행하는, 3개의 미세구동용 조작기와 이들이 서로 연결된 기판으로 이루어지고, 3개의 미세구동용 조작기가 나노 분해능으로 운동을 수행하기 때문에, 그 기판을 나노 분해능으로 평면에서 이동시킬 수 있다. 또한 상기의 조작장치는 양함수 형태의 정기구학적 구조를 가지기 때문에, 그 운동영역이 상대적으로 크다는 장점이 있다.Therefore, the three-axis parallel type micro-planar motion control device according to the present invention is composed of three micro-driven manipulators and substrates connected to each other to perform linear motion in two directions and rotational motion in one direction, and three micro-driven devices. Because the manipulator performs motion at nanoresolution, the substrate can be moved in plane at nanoresolution. In addition, since the manipulation device has a static kinematic structure in the form of an explicit function, its operating area is relatively large.
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