[发明专利]一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维并联微动平台，尤其涉及一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台。

背景技术

近年来，随着科学技术和工业技术的不断进步，微电子制造、超精密机械制造、微机器人操作、精密测量光学仪器及生物医学操作等领域飞速发展，迫切需要能够在纳米级精度上进行定位和操作的系统和装备。在这些领域中，具有纳米精度的微动平台是其核心部件，其研究倍受国内外学者的青睐。传统的机械结构，如电机、齿轮、铰链等由于受到装配及运动间隙、摩擦、阻尼等因素的影响，无法达到纳米精度，而以压电陶瓷作为驱动器，以柔性铰链作为弹性导轨的微位移平台，由于具有无摩擦、无反向间隙、超高分辨率、易于控制和结构紧凑等优点，广泛应用于具有纳米精度的微动平台。

在目前，商业上常用的二自由度微动平台大多采用两个一维的运动平台垂直叠加在一起或者以串联的方式将某一方向的运动平台嵌套在另外一个方向平台内，实现二维运动。但采用这种连接方式的二维微动平台因为叠加而产生累积误差、寄生位移、固有频率降低及两个方向动态特性不同且体积较大等缺点。现有的一些二维并联平台，一般具有较小的运动范围（一般小于100um），行程较大的微定位平台却普遍存在一阶固有频率较低（一般在250Hz）以下。

中国专利CN102324253B提出了一种基于压电陶瓷驱动器驱动的并联微定位平台及微定位平台系统，该微定位平台采用并联结构，由三个压电陶瓷驱动器驱动，并且采用四个由柔性铰链组成的二级杆组作为解耦机构，使得平台能有效提高输出直线度，消除位移耦合，提高定位精度，解耦方便，易于控制。但由于受到体积的限制，压电陶瓷驱动器的行程较小，该平台结构中无位移放大机构，因此微动平台的运动范围很小，无法满足大行程的精密定位要求。

中国专利CN101887761A提出了一种两自由度微动定位平台，该平台采用杠杆放大机构和复合平行四杆导向机构，使得平台X方向和Y方向的运动有效解耦，结构紧凑，体积较小，压电陶瓷驱动器和柔性铰链平台的组合保证了运动传递的无摩擦，无间隙、高精度、高稳定性和快速响应。但该平台的最大输出位移为120um×120um，平台运动范围较小，并且复合平行四杆导向机构对称的铰接在平台运动部分的四个侧面，限制了位移传感器的安装。

中国专利CN101738855A提出了一种二自由度柔性微定位工作台，该工作台采用柔性并联结构，采用但自由度柔性铰链作为传动机构，使得工作台结构紧凑，刚度高，无机械摩擦，无运动间隙，利于实现微纳米级高精度定位。但该工作台结构不对称，当只驱动某一自由度上的驱动器时，工作台运动部分由于受力不均匀易产生偏转，产生寄生位移，影响工作台运动精度，并且工作台的运动范围较小。

中国专利CN101862966A提出了一种二自由度平动并联解耦微动平台，该平台采用复合双平行直板铰链结构和对称约束结构，从而使得平台具有较大位移，有效消除了轴间输出耦合的位移、累积误差以及工作平台旋转等寄生位移的产生，保证了运动平台的二自由度平动，同时也增加了结构的刚度、承载能力。但该平台采用直板铰链，虽然易于加工和增大工作行程，但降低了运动的精度和固有频率，并且平台整体尺寸较大，结构不够紧凑，限制了位移传感器的安装。

鉴于上述市场中及以往专利中提出的微动平台存在的一些问题，因此有必要设计一种新的高精密微动平台，在保持平台定位和操作精度高、响应速度快、高固有频率等优点及不增加定位平台控制算法难度的同时，增大平台工作行程，并从机电一体化角度对微动平台进行创新和优化。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台，它具有结构合理、性能优越、不仅能够实验较大行程的精密定位，而且能够消除耦合和寄生位移，保证该微动平台具有较高的固有频率，并且结构紧凑，体积小，精度高，响应速度快的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台，它包括基座、运动平台，基座上设有导向机构和位移放大机构，所述运动平台的四个角分别与导向机构铰接，与基座无接触；所述运动平台的Y、X方向上分别设有第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器，第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器分别垂直的放置在基座上各自的圆柱形槽内，第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器的一端分别用定位螺钉固定，另一端作为输出端分别作用在位移放大机构的输入铰链上，位移放大机构均与导向机构铰接，所述运动平台的X轴、Y轴方向上分别设有位移传感器。