[发明专利]一种微动工作台

说明书

技术领域

本发明涉及加工器械领域，特别是指一种微动工作台。

背景技术

在80年代，麻省理工的A，Sharon等人提出了宏/微两极结构的概念，当今科学家已经对宏/微复合自由度控制的领域中展开了研究。随着纳米加工的应用日益火爆和迅速发展，在各类交叉学科，特别是高精密加工中，对宏/微符合控制都迫切的需要解决高定位精度，高分辨率的精密定位技术。而目前，包括慢伺服刀架，快刀伺服刀架都没有开发出角度与直线控制能一体的刀架或则平台成果。

现有技术中，用于纳米级加工的平台有Stewart平台，磁悬浮工作台，和家电工作台，前两者可满足大行程的定位需求，但本身对纳米级精度控制要求的响应并不足，需要辅以压电陶瓷驱动作为支撑的微控制模块来达到宏/微复合的精密控制结果。而现有的技术多使用宏微复合直线驱动平台，但现有技术欠缺直线运动与角度偏转运动结合的驱动模式，所以本人提出新的概念与结构结合的角度与直线复合微纳级运动平台。

发明内容

本发明旨在提出一种可弥补现有技术的空缺，提供一个动态角度与直线复合微位移的微动工作台物理模型机构，该机构可实现智能刀架角度与直线微位移耦合运动的高精度补偿。

本发明的技术方案是这样实现的：一种微动工作台，包括：角度控制模块、直线控制模块和基座，所述基座设于所述直线控制模块上方，所述直线控制模块通过转动轴与轴槽实现与所述基座连接，所述角度控制包括固定组件、控制组件和柔性链接装置，所述固定组件位于所述基座一侧并通过柔性链接装置连接。其中，所述角度控制模块用于基座的角度输出与控制，所述直线控制模块用于所述基座的直线运动输出与控制，所述固定组件与所述基座相互分离，仅通过柔性链接装置连接，而同时，所述固定组件相对于整个所述微动工作台而言，都是坐标系中的一个不动的位置，区别于传统的旋转装置设置在直线移动装置之上，具有更高的控制精度。

进一步，所述柔性链接装置数量为2，对称连接在所述基座的一侧。两个所述柔性链接装置对称设置，形成对称设置的力偶。

进一步，所述柔性链接装置为压电陶瓷堆，能够实现纳米级的移动。

进一步，所述直线控制模块包括底板与位于所述底板下方刚性约束模组，所述刚性约束模组限制所述底板仅沿直线运动。

进一步，所述转动轴与所述轴槽分别位于所述底板/所述基座与所述基座/所述底板上，即可以为：所述转动轴固定在所述底板上，而所述轴槽设置于所述基座底部；或者所述转动轴固定在所述基座底部，而所述转动轴设置于所述底板上方；所述转动轴插入所述轴槽中。

进一步，对称设置的所述柔性链接装置通过所述控制组件输出对称力偶。

进一步，所述转动轴的轴心通过所述基座的质心，从而保证角度转动时更加精准。

进一步，所述柔性链接装置连接方向与所述刚性约束模组限制的运动方向平行。

此时，所述柔性铰链弹性体对称设计，并形成XY轴的轴线(其中Y轴为所述刚性约束模组限制运动的方向，X轴为两个所述柔性铰链弹性体连线的方向。其坐标系原点设置在角度偏转弧线对成的圆心上。

根据力学理论，力偶不改变物体质心的运动状态，只会使物体绕质心转动，所述角度控制模块通过输出对称力偶，保证所述微动工作台偏转角度条件下，其质心位置始终在Y坐标轴上。即物体转动轴通过质心，转动轴的方向与力偶矩的方向相同。在保证了所述微动工作台旋转中心不偏转的情况下，提高了精密控制的操作性并降低了动力学算法的复杂性。

直线控制模块在Y轴方向上输出推动力，作用力点始终在柔性铰链弹性体的XY轴的轴线坐标原点(角度偏转控制的圆心点)，推动所述微动工作台(刀架安装座)在Y轴方向实现微位移补偿。此方法巧妙利用了力偶实现角度偏转的控制同时，角度偏转的圆心同时也是直线微位移的受力点始终保持在Y轴上，保证了整体微位移的微纳级精度。

进一步，所述微动工作台还包括刀具，所述刀具固定在所述基座上。

本发明的所述微动工作台，利用力偶实现角度偏转的控制同时，角度偏转的圆心同时也是直线微位移的受力点始终保持在Y轴上，保证了整体微位移的微纳级精度，并结合所述直线控制模块在Y轴方向上输出推动力，实现了二维一体式角度与直线位移一体的精密定位微动，可应用于微动工作台/智能刀架安装座/定位平台，该平台能够在直线和转动两个自由度上进行精准微位移，具有高精度，高刚度，微角度偏转补偿，微直线补偿等特点，可以满足于复杂表面加工中刀具的直线与角度同时精确补偿需求，也可用于其它需要直线与角度同时微位移补偿情况。