[发明专利]一种二自由度微纳定位平台及应用

说明书

本发明公开了一种二自由度微纳定位平台及应用，它解决了现有技术中微纳定位平台行程小，定位精度低的问题，具有行程大，分辨率高，压电叠堆预紧力可调的有益效果，其方案如下：一种二自由度微纳定位平台，包括：粘滑驱动器，包括框体，框体内设置扭转单元，扭转单元包括粘滑圆轴，粘滑圆轴两侧通过扭转件与框体连接，粘滑圆轴另两侧分别连接到一扭转支架，每一扭转支架一侧设置带调压件的致动单元，另一侧设置粘滑压电叠堆，两处粘滑压电叠堆对角设置，围绕粘滑圆轴设有摩擦单元；直动式驱动器，设于摩擦单元的顶部。

技术领域

本发明涉及一种基于粘滑驱动原理和直动式驱动原理的微纳定位平台，特别是涉及一种二自由度微纳定位平台及应用。

背景技术

随着现代科学技术的发展,人类的研究领域扩展到微观世界，微电子学、生命科学、医药卫生、生物化学、半导体、光学、数据存储、超精密机械及其制造以及精密测量等学科,人们对纳米级的精密定位技术有着越来越多的需求。而体积小，行程大且具有纳米级定位精度的定位平台是微纳技术的核心装置，而在粘滑旋转装置的基础上利用直动式驱动器的高精度，高分辨率特点构建的一种二自由度微纳定位平台可以更好的应用于对量程，精度，分辨率有更高要求的场合。目前现有旋转定位装置大多只能旋转一定角度而不能达到360°正反向旋转，且使用的柔性铰链无法调节刚度，不能很好的对压电叠堆进行预紧，因此具有高精度、大行程、刚度可调和预紧力可调等优点的粘滑式微纳定位平台是当前旋转定位装置的主要研究方向，具有重要的理论意义和工程实用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种二自由度微纳定位平台，定位平台具有两个自由度，可以绕Z轴360°旋转和沿Z轴方向平行移动，具有行程大，分辨率高，压电叠堆预紧力可调，柔性铰链刚度可调，机构定位误差小等优点。

一种二自由度微纳定位平台的具体方案如下：

一种二自由度微纳定位平台，包括：

粘滑驱动器，包括框体，框体内设置扭转单元，扭转单元包括粘滑圆轴，粘滑圆轴两侧通过扭转件与框体连接，粘滑圆轴另两侧分别连接到一扭转支架，每一扭转支架一侧设置带调压件的致动单元，另一侧设置粘滑压电叠堆，两处粘滑压电叠堆对角设置，围绕粘滑圆轴设有摩擦单元；

直动式驱动器，设于摩擦单元的顶部。

上述定位平台中，在对粘滑驱动器施加设定周期性电压后，就可以实现步进式运动，通过扭转件与调压件配合，通过对调节件的刚度与扭转件的刚度，可以使柔性变形机构在不同刚度要求下均能很好的使用，提高了粘滑驱动器的响应速度，减少了电压突变时震动现象的产生。

所述直动式驱动器包括垂直柔性铰链，垂直柔性铰链设于圆环内，圆环上部设置竖直端盖，竖直端盖内设有与垂直柔性铰链接触的竖直压电叠堆，通过该直动式驱动器的设置，这样既减少了装配的难度又提高了驱动器的分辨率，这种行程适宜，精度和分辨率更高的直动式驱动器更适用于显微操作环境下，垂直柔性铰链通过螺钉与粘滑圆台上表面固连，它由三组呈120°分布的柔性板簧组成。

而且，在圆环中心设置三角平台，三角平台的三个端部分别与垂直柔性铰链单独连接。

所述竖直端盖内部中空，竖直端盖顶部设置工作平台，竖直端盖设有三个通孔，通孔内用于设置竖直压电叠堆，竖直压电叠堆端部设置压力半球以与垂直柔性铰链接触，端部加工有预紧铰链用以对竖直压电叠堆进行预紧。

所述摩擦单元包括粘滑圆台，粘滑圆台开有带滑槽的粘滑圆孔，滑槽开到粘滑圆台的侧部，粘滑圆台设有与滑槽相通的圆孔，在圆孔内设有带粘滑预紧弹簧的粘滑预紧件；

进一步地，在粘滑圆孔内表面镀有金刚石薄膜，再利用离子束刻蚀法在粘滑圆轴表面刻有凸起，这样提高了粘滑接触面的耐磨能力，有效提升粘滑驱动器的驱动效率和负载能力。

所述调压件为调压弹簧，弹簧套于穿过所述框体设置的弹簧预紧件。