[发明专利]一种基于桥形柔性机构的五自由度精密定位平台

权利要求书

1.一种基于桥形柔性机构的五自由度精密定位平台，包括整体呈十字形的刚性基底(1)，其特征在于：刚性基底(1)的四个侧壁分别和菱形位移放大机构(2)的一个刚性输出端(11)连接，菱形位移放大机构(2)的另一个刚性输出端(11)和十字形的桥形位移放大机构(3)的输入端(5)连接，菱形位移放大机构(2)的内部输入端(10)之间连接有堆叠型压电陶瓷(4)；

所述的桥形位移放大机构(3)是由四个柔性梁(6)、四个输入端(5)和一个输出端(7)连接成十字“拱桥”形柔性机构，柔性梁(6)组成桥形位移放大机构(3)的斜边，柔性梁(6)的末端通过柔性铰链(8)和输出端(7)连接，桥形位移放大机构(3)由电火花切割工艺加工初级桥形位移放大机构，两个初级桥形位移放大机构正交安装，通过螺栓或焊接工艺连接形成桥形位移放大机构(3)，桥形位移放大机构(3)在正交的四个方向分别有四个输入端(5)；

所述的桥形位移放大机构(3)的四个输入端(5)分别与两个上下并列的菱形位移放大机构的输出端通过螺栓刚性连接；

设桥形位移放大机构(3)的四个两两对称的输入端(5)的方向分别为X方向和Y方向，桥形位移放大机构(3)的输出端(7)的位移输出方向为Z轴方向，具体的五个自由度实现方法如下：

1)桥形位移放大机构(3)在X方向的两个对称输入端(5)的两组菱形位移放大机构(2)的输出端(11)同时按相同的方向沿着X轴向左或向右运动时，由于桥形位移放大机构(3)和菱形位移放大机构(2)在Y方向位置的柔性铰链(8)在X方向的柔度较大，导致桥形位移放大机构(3)的输出端(7)沿着X轴方向水平向左或向右平动，实现X方向的平动自由度；

2)桥形位移放大机构(3)在Y方向的两个对称输入端(5)的两组菱形位移放大机构(2)的输出端(11)同时按相同的方向沿着Y轴向左或向右运动时，由于桥形位移放大机构(3)和菱形位移放大机构(2)在X方向位置的柔性铰链(8)在Y方向的柔度较大，导致桥形位移放大机构(3)的输出端(7)沿着Y轴方向水平向左或向右平动，实现Y方向的平动自由度；

3)桥形位移放大机构(3)在四个输入端(5)的四组菱形位移放大机构(2)的输出端(11)同时向内或同时向外运动时，桥形位移放大机构(3)的输出端(7)沿着Z轴方向垂直向上或垂直向下平动，实现Z方向的平动自由度；

4)为了实现绕Y轴的转动自由度，驱动桥形位移放大机构(3)沿X轴方向两个对称输入端(5)的位于对角线位置方向的各一组菱形位移放大机构(2)沿着X轴按相反的方向朝内或朝外运动时，桥形位移放大机构(3)的输出端(7)将发生转动，实现绕Y轴的转动自由度；

5)为了实现绕X轴的转动自由度，驱动桥形位移放大机构(3)沿Y轴方向两个对称输入端(5)的位于对角线位置方向的各一组菱形位移放大机构(2)沿着Y轴按相反的方向朝内或朝外运动时，桥形位移放大机构(3)的输出端(7)将发生转动，实现绕X轴的转动自由度。

2.根据权利要求1所述的一种基于桥形柔性机构的五自由度精密定位平台，其特征在于：所述的菱形位移放大机构(2)为基于三角原理的柔性机构，堆叠型压电陶瓷(4)通过预紧力安装于菱形位移放大机构(2)的内部输入端(10)，利用逆压电效应产生横向位移和力，驱动菱形位移放大机构(2)的柔性臂(9)产生弯曲变形进而在输出端(11)产生放大的纵向输出位移和输出力。

3.根据权利要求1所述的一种基于桥形柔性机构的五自由度精密定位平台，其特征在于：所述的菱形位移放大机构(2)通过串联的方式将更多的菱形位移放大机构的输出端通过螺栓刚性连接起来，并将其与桥形位移放大机构(3)的四个输入端(5)分别通过螺栓刚性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于桥形柔性机构的五自由度精密定位平台，其特征在于：所述的桥形位移放大机构(3)中的柔性铰链(8)是二维圆形柔性铰链或是三维柔性铰链，二维圆形柔性铰链包括二维椭圆、直角型柔性铰链，柔性铰链(8)的方向为确保正交方向的刚度最小。