[发明专利]宏微驱动二维一体式微定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及精密定位平台，特别是一种基于音圈电机和压电陶瓷驱动器，能实现二维空间内宏微双重驱动的长行程一体式精密定位平台。适合于集成电路封装、微机电系统制造、激光加工、生物医学、微操作、微装配等精密定位工程领域。

背景技术

目前，集成电路封装、微机电系统制造、激光加工、微操作、微装配等领域对大行程、高速、高精度定位系统的需求日益迫切。因此，各种精密定位系统和装置被研制开发出来。

传统二维平动高精度微定位平台采用串联结构，即一个平台堆叠或镶嵌在另一个平台上，这样第二个平台作为第一个平台的负载，增加了运动部件的惯量，限制了整个系统的速度和加速度。现有的并联结构定位平台大多采用旋转式电机与滚珠丝杠、直线电机等单一驱动器，虽然能够达到大行程的运动范围，但其定位精度仅能达到微米或亚微米级，且响应速度低。采用压电陶瓷、超磁致驱动器的微定位平台虽然能够达到纳米级定位，但其行程小，一般只能达到几十至几百微米；采用伺服马达、压电蠕动式电机的定位平台虽然可以达到大行程，但其运动速度太低。

最近发明的宏/微双重驱动的微定位平台采用音圈电机和压电陶瓷驱动器相结合（专利号2005100110286.2）或采用平面电机与超磁致驱动器相结合（专利号200720105428.8）。前者的宏动平台采用直线滑动导轨机构，使平台存在相对较大的摩擦力，限制了定位平台速度和精度的提高，且解耦机构复杂；其微动平台采用压电陶瓷驱动器直接驱动，难免对宏动平台产生大的作用力，使宏、微动平台之间存在耦合运动。后者的宏动平台采用平面电机驱动，微动平台由两个超磁致驱动器直接驱动，因此也对宏动平台产生较大作用力，使宏、微动平台之间存在耦合运动。

发明内容

有鉴于此，有必要针对背景技术中提到的问题，克服现有二维平动宏微双重驱动定位平台的不足，提供一种基于音圈电机和压电陶瓷驱动器的微定位平台。该精密定位平台的特点是宏、微动平台均采用并联结构和全柔顺性结构，定位平台由宏、微平台串联构成，不仅能实现大行程的运动范围，而且减少了微动与宏动平台之间的耦合运动。该精密定位平台的整个平台本体是一体化结构，可以由一块板材料加工而成。该定位平台具有结构紧凑、运动解耦、结构简单等优点，可应用于精密定位领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种宏微驱动二维一体式微定位平台，其特征在于：包括基座、固定于基座上的柔顺性平台本体、与柔顺性平台本体连接的两个音圈电机、四个压电陶瓷驱动器和两个位移传感器、以及与所述两个音圈电机、四个压电陶瓷驱动器和两个位移传感器信号连接的控制器。

所述柔顺性平台本体包括呈正方形排列的宏动平台导轨及位于宏动平台导轨内的宏动平台；所述宏动平台导轨与所述基座之间设有垫片，宏动平台导轨包括呈正方形排列的四分体，每个分体均由三个并排设置的复合板簧片式柔性铰链组成，用以实现大行程运动范围和运动解耦；该三个柔性铰链分别包括四个U型柔性板簧片，其中，位于两端的柔性铰链的柔性板簧片开口相对，位于中间的柔性铰链的柔性板簧片的开口朝向宏动平台中部；每一分体的中间的柔性铰链上固定一个连接柔性板簧片的开口两端的连杆，用于消除四个柔性板簧片的弯曲变形。

所述宏动平台上由外向内顺序设置呈正方形排列的内设四个位移放大机构、微动平台导轨及输出平台，所述四个压电陶瓷驱动器分别设置于所述四个位移放大机构内，所述微动平台导轨包括四个分别设置于所述输出平台的四个角的直角板簧片式柔性铰链，每个直角板簧片式柔性铰链的一端连接输出平台，另一端与宏动平台连接；所述宏动平台导轨通过该四个位移放大机构与所述微动平台导轨的直角板簧片式柔性铰链连接，两个相对的压电陶瓷驱动器通过位移放大机构的输出端共同驱动所述输出平台沿一维方向的微运动，输出平台的运动由与之连接的微动平台导轨导引，输出平台将力作用于微动平台导轨。

所述两个音圈电机的动子分别通过一个连接头连接宏动平台导轨的两个相邻的分体，每个音圈电机的定子通过一个电机支架与基座连接。

所述每个位移传感器通过一块定位板与基座相连，每个位移传感器的探头与通过一个垫片固定在输出平台的边缘的一个测量板相对，并保持测量距离。

所述控制器由一台计算机及其串口和与该计算机连接的D/A数模转换器组成。