[发明专利]一种二自由度尺蠖式微纳定位平台

说明书

本发明公开了一种二自由度尺蠖式微纳定位平台，包括X向尺蠖驱动器，Y向尺蠖驱动器和位移检测装置，其中尺每个蠖驱动器由基座，2个柔性箝位单元，1个柔性驱动单元，3个压电叠堆陶瓷组成，基座可对箝位机构之间的微隙进行微调；位移检测装置由2个移动镜面，2个固定镜面组成，固定镜面安装于基座上，移动镜面分别安装于X，Y向尺蠖驱动器上，在安装上均加工出了用于镜面定位用的台阶。通过箝位机构与驱动机构的伸长与收缩带动微纳定位台进行双向运动。此尺蠖式定位平台可实现二自由度高精度、高分辨率、大行程的运动，可用于扫描探针显微镜、光学精密测量、纳米制造及装配、微纳操作等。

技术领域

本发明涉及一种基于尺蠖驱动原理的微纳定位平台，具体的涉及一种二自由度尺蠖式微纳定位平台，该微纳定位平台可用于超精密加工、精密光学轨迹跟踪检测、生物工程和微机电系统等领域。

背景技术

微纳技术是21世纪世界各国重点发展的高科技技术，其中具有纳米级定位精度的超精密微纳定位平台是微纳技术的核心动力装置。超精密微纳定位平台在航空航天、精密光学工程、生物工程与现代医学、超精密加工与测量、微机械加工与装配等领域具有广泛的应用。这些领域的飞速发展又大大地促进了超精密微纳定位技术的发展。

现有微纳定位平台一般由具有定位精度高、输出力大、响应速度快(微秒级)等优点的压电叠堆陶瓷驱动，由基于压电驱动的尺蠖式定位平台是模仿自然界生物尺蠖的运动规律，通过微位移累加以获得较大输出位移的新型定位平台。目前存在的尺蠖式定位平台存在运行速度低、输出负载小、运动稳定性差等问题；此外由于箝位机构的变形小，运动时难以提供持续稳定的箝位力，预紧力不便调节，而过大或者过小的预紧力都会影响到尺蠖定位平台的定位效果。因此具有高精度、大行程、快速定位和预紧力可调等优点的尺蠖式微纳定位平台是当前尺蠖式微纳精密定位技术的主要研究方向，具有重要的理论意义和工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于尺蠖驱动原理的微纳定位平台，该定位平台具有XY向平动两个自由度，所设计的定位平台具有行程大，负载能力强，分辨率高，压电叠堆预紧力可调，箝位机构的箝位力可调，机构定位误差小等优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的公开的二自由度尺蠖式微纳定位平台，包括一个底座，在所述的底座上表面设有两个相对的机构调整单元，在所述的机构调整单元之间设有X向尺蠖驱动器，所述的X向尺蠖驱动器驱动X向承载台在X方向运动，在所述的X向承载台上设有一个Y向尺蠖驱动器，所述的Y向尺蠖驱动器驱动Y向承载台在Y方向运动；

所述的X向尺蠖驱动器包括上箝位柔性单元I、下箝位柔性单元I和驱动柔性单元I；所述的上箝位柔性单元I和下箝位柔性单元I结构相同，各自均包括压电叠堆陶瓷I,所述的压电叠堆陶瓷I通过X向柔性铰链与箝位部相连，在压电叠堆陶瓷I通电时柔性铰链发生弹性变形向两侧伸长，促使箝位部横向伸长对机构调整单元产生正向压力；所述的驱动柔性单元I包括压电叠堆陶瓷II,其也通过X向柔性铰链与X向导向块相连，所述的压电叠堆陶瓷II安装在两个压电叠堆陶瓷I之间，方向与压电叠堆陶瓷I垂直，所述的压电叠堆陶瓷II则是沿X轴方向安装；

所述的Y向尺蠖驱动器包括上箝位柔性单元II、下箝位柔性单元II和驱动柔性单元II；所述的上箝位柔性单元II和下箝位柔性单元II结构相同，各自均包括压电叠堆陶瓷III,所述的压电叠堆陶瓷III通过Y向柔性铰链与箝位部相连，在压电叠堆陶瓷III通电时柔性铰链发生弹性变形向两侧伸长，促使箝位部横向伸长对机构调整单元产生正向压力；所述的驱动柔性单元包括压电叠堆陶瓷IV,其也通过Y向柔性铰链与Y向导向块相连，所述的压电叠堆陶瓷IV安装在两个压电叠堆陶瓷I之间，方向与压电叠堆陶瓷III垂直，所述的压电叠堆陶瓷IV则是沿Y轴方向安装；

在所述的底座的X方向上固定有Y向固定镜面，在底座的Y方向上固定有X向固定镜面，在所述X向承载台上固定有X向移动镜面，在所述的Y向承载台上固定有Y向移动镜面。

上述装置的工作原理是：