[发明专利]平面并联式三自由度精密定位工作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种三自由度精密定位工作台。特别是涉及一种平面并联式三自由度精密定位工作台。

背景技术

微/纳米测量与表征是生物、医学、材料、力学和物理等学科重要研究内容，表面测量与表征系统和方法已成当今世界研究的热点之一。压电陶瓷驱动的微/纳定位系统具有分辨率高、响应速度快、无摩擦和无发热问题等优点，广泛应用于微/纳操作、测量和加工领域。根据运动形式，压电陶瓷驱动的微/纳定位系统可分为直接驱动和蠕动驱动两种。直接驱动的微/纳定位系统的缺点为行程较小，如广泛应用于原子力显微镜的压电陶瓷管的最大行程100μm左右，无法满足大范围表面测量与表征的需求。蠕动式定位系统可以实现大行程运动，但是其位移分辨率较低且输出力较小，从而影响了工程实践中的应用。

为了克服压电陶瓷驱动器输出位移小的缺点，通常采用放大机构增加微/纳定位系统的输出位移。杠杆机构是最简单的位移放大结构，杠杆机构可以串接在一起得到更高的位移放大率，但是杠杆机构位移输出点出仍存在寄生旋转运动。SR（Scott-Russell）机构的显著特点是位移输出点的直线运动，跟杠杆机构一样，SR机构也可以嵌套起来得到更高的位移放大率，但是，SR机构通常应用在单自由度定位系统中，SR机构的结构复杂性限制了它在平面多自由度定位系统中的应用，因此，当前的研究集中在单个SR机构的设计、建模和控制上。

平面精密定位工作台系统设计可分为串联式和并联式，串联式结构的不对称性影响了在精密定位平台中的应用，并且串联式结构会有误差累积，并联式结构跟串联式结构相比具有更好的稳定性和动态特性，但是并联式结构必须通过解耦器或者控制算法来进行位移解耦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有结构紧凑、高精度、高刚度、低惯量、无误差积累、响应速度快、无摩擦和无发热的平面并联式三自由度精密定位工作台。

本发明所采用的技术方案是：一种平面并联式三自由度精密定位工作台，包括：正三角形结构的基座，分别对应的设置在基座的三个等边内侧的结构完全相同的三个柔性支链，设置在三个柔性支链内侧且位于基座的中心的动平台，所述的基座、三个柔性支链和动平台为一体形成，其中，所述的三个柔性支链分别与基座为柔性连接，且三个柔性支链的位移输入端分别对应基座的三个夹角，所述的动平台与所述的三个柔性支链为柔性连接，所述的基座的每一个夹角内侧与所对应的一个柔性支链之间形成有凹槽，所述的凹槽内水平设置有用于驱动柔性支链的压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的一端与所述的柔性支链的位移输入端之间为赫兹接触，所述的压电陶瓷驱动器的另一端通过螺栓固定连接在基座上。

所述的压电陶瓷驱动器与所述的柔性支链相对应的一端连接有球形接头，所述的压电陶瓷驱动器是通过所述的球形接头与所述的柔性支链的位移输入形成赫兹接触。

所述的柔性支链包括有：SR位移放大机构，通过第一圆形弹性铰链连接在SR位移放大机构的位移输入端的复合平行板移动副，通过第二圆形弹性铰链连接在SR位移放大机构的位移输出端的连杆，其中，所述的复合平行板移动副的位移输入端与所述的压电陶瓷驱动器端部的球形接头之间为赫兹接触，并且，所述的复合平行板移动副为H形结构，所述H形结构的上、下两端分别构成柔性板簧，所述的该柔性板簧与所述的基座一体连接，所述的连杆的另一端通过第三圆形弹性铰链与所述的基座一体连接，SR位移放大机构的固定端通过第四圆形弹性铰链与所述的基座一体连接。

所述的复合平行板移动副的轴线和所述的SR位移放大机构的位移输入点处的第一圆形弹性铰链的轴线共线。

所述的第一圆形弹性铰链的轴线与所述的第二圆形弹性铰链的轴线相垂直。

所述的第二圆形弹性铰链的轴线和所述的第三圆形弹性铰链的轴线与所述的连杆的轴线共线。

所述的三个压电陶瓷驱动器通过SR位移放大机构并联驱动所述的动平台。

本发明的平面并联式三自由度精密定位工作台，结构紧凑、控制灵活、静动态刚度高、运动精度高、低惯量、无误差积累、无摩擦和无发热、响应速度快。本发明对于微/纳米测量与表征技术的发展具有重要的理论意义和工程实用价值。

附图说明

图1是本发明的平面并联式三自由度精密定位工作台整体结构示意图；

图2是本发明的平面并联式三自由度精密定位工作台柔性结构示意图；

图3是本发明的平面并联式三自由度精密定位工作台柔性支链示意图。

图中

1：基座               2：压电陶瓷驱动器