[发明专利]基于柔性铰链的可调预紧式粘滑驱动定位平台有效

专利信息
申请号: 201510460034.3 申请日: 2015-07-30
公开(公告)号: CN105084309B 公开(公告)日: 2017-03-01
发明(设计)人: 汝长海;潘鹏;杨飞雨;庞博慧 申请(专利权)人: 苏州大学张家港工业技术研究院
主分类号: B82B3/00 分类号: B82B3/00;B82Y99/00
代理公司: 北京集佳知识产权代理有限公司11227 代理人: 唐灵,常亮
地址: 215600 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 基于 柔性 铰链 可调 预紧式粘滑 驱动 定位 平台
【说明书】:

技术领域

本发明涉及微驱动精密定位技术领域,具体是涉及一种基于柔性铰链的可调预紧式粘滑驱动定位平台。

背景技术

随着纳米科学的发展,新的纳米材料、纳米结构逐渐被人们探索和发现,并显示出非常广阔的应用前景。纳米技术是人类对微观世界探索认识改造和利用的基本手段之一,其中,纳米操作是纳米技术的重要内容。而作为微观领域的关键技术之一,微定位技术的发展水平直接影响到微观领域技术的发展水平,其重要性不言而喻。目前,在如生物工程、聚合物操作、微创外科手术、扫描探针显微镜(SPM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、微细加工、半导体制版的精密定位、微纳操作等领域都要求定位平台在有限的操作空间内,实现高精度定位和操作的同时,也能拥有更大的操作范围。微定位技术,即结合新型的运动原理和驱动结构,利用微位移致动器驱动实现高精度定位和运动的技术。

由于粘滑驱动相对于其他类跨尺度运动驱动方式的驱动原理简单、方便、控制简单,且具有分辨率高、运动范围大、结构简单、精确定位和易微小化等优点,因此基于粘滑驱动原理的装备是目前跨尺度驱动设备中应用较多的一种。粘滑驱动的工作原理主要是以摩擦力作为驱动源,利用锯齿形电压激励压电振子的不对称振动所形成的动静摩擦力之间的差异来实现被驱动体的微小移动,通过多次重复激励从而实现被驱动体最终的跨尺度精密运动。而在粘滑驱动中,摩擦力的调整是其中尤为关键的环节。

目前根据摩擦力的预紧结构和调整方式的不同,粘滑驱动跨尺度精密滑台主要分为机械公差配合式粘滑驱动跨尺度精密滑台、永磁预紧式粘滑驱动跨尺度精密滑台以及上下弹簧预紧式粘滑驱动跨尺度精密滑台等。其中,机械公差配合式粘滑驱动跨尺度精密滑台,相关的公开技术有公开号为WO2008/052785A1、WO2007/022764A1、DE102006052175A1等专利,其工作原理通过机械公差配合使得摩擦振子和被驱动物体之间紧密接触从而实现摩擦力的预紧,通常该摩擦力的预紧没有其他的调整机构,主要是依靠机械公差调整和摩擦界面的调整实现摩擦力调整。其中,永磁预紧式粘滑驱动跨尺度精密滑台,相关的公开技术有公开号为WO2004077584A1、US2005284817A1等专利,其工作原理主要是利用三条压电晶体驱动腿来进行滑台的支撑,依靠双圆柱体并列方式进行导向,其中摩擦预紧力的调整主要依靠在基座上安装永磁体,而运动输出平台同样采用磁体材料,通过磁体之间的磁吸力将压电晶体驱动腿的运动传递给滑台,从而实现粘滑驱动跨尺度精密运动。而上下弹簧预紧式粘滑驱动跨尺度精密滑台,相关的公开技术有公开号或专利号为WO2009043421A1、US6940210B2、US7579752B2、US20080148589A1等专利,其工作原理主要是将滑台分为上下两部分,通过拉力弹簧来实现上下部分与摩擦振子之间摩擦力的调整,拉力弹簧通过螺纹结构进行调整其长度,从而实现预紧力的调整,其导向是依靠菱形摩擦面来实现,其摩擦预紧力的调整范围较小,较难适应摩擦界面的微小差异。

上述三种粘滑驱动跨尺度精密滑台虽然在摩擦力的预紧结构和调整方式上虽然不同,但其摩擦力的预紧结构和调整方式均设置地过为复杂,均会使摩擦力调节受限,同时这些方案均对摩擦界面的加工精度要求较高,从而导致对粘滑驱动平台的加工和装配精度要求较高,最终影响跨尺度精密滑台的运动精度和一致性。因此这些方案在保证粘滑驱动跨尺度滑台大批量生产时存在工艺复杂和成本高等许多问题。

另外,柔性铰链凭借其无机械摩擦、无间隙、运动平滑、灵敏度高等优点,在现今多种微定位系统中广泛使用。基于粘滑原理的微定位平台以柔性铰链为导向传动元件、以压电陶瓷致动器为驱动源,它们具有高分辨率、高定位精度、尺寸小、无需润滑、结构简单可靠、刚度大、能耗低、响应快等优点,逐渐受到广泛应用。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种尺寸微小、精度高的基于柔性铰链的可调预紧式粘滑驱动定位平台,使其拥有更广阔的应用空间、更优秀的性能、更低的生产要求和成本。

根据本发明的目的提出的一种可调预紧式粘滑驱动定位平台,包括基座、安装于基座上的摩擦振子、安装于基座和摩擦振子之间的振子驱动源和设置于摩擦振子上方的滑台,所述摩擦振子包括传动柔性铰链、惯性质量块和凸台,所述凸台上方与滑台直接接触,下方设有用于调整凸台和滑台之间预紧力的预紧力调整机构;

所述预紧力调整机构包括预紧柔性铰链和预紧调整螺栓,所述预紧柔性铰链位于摩擦振子内部,预紧柔性铰链在预紧调整螺栓作用下发生变形,从而调整凸台与滑台之间的预紧力大小。

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