[发明专利]一种双复合柔性平行四杆机构

说明书

本发明公开了一种双复合柔性平行四杆机构，包括由上框架和下框架构成的外框架，上框架与下框架之间设有柔性支撑组件。柔性支撑组件分为内侧组柔性支撑组件和外侧组柔性支撑组件两组。在外框架的内部设有用作驱动源的音圈电机，音圈电机的音圈电机定子通过支架与外侧组柔性支撑组件相连接，音圈电机的音圈电机动子与内侧组柔性支撑组件相连接。本发明通过将两组柔性支撑组件串联方式提高了柔性机构有效的线性行程范围，通过并联方式消除单个柔性单元产生的寄生位移，利用音圈电机电流与力线性关系，通过常规的控制方式便可实现大行程、高精度、无寄生位移的单自由度直线运动。

技术领域

本发明涉及机械领域的微纳定位装置，具体地说是一种基于音圈电机驱动的双复合柔性平行四杆机构。

背景技术

超高精度定位技术是精密制造的关键。而随着现代制造业的发展，对于零件加工尺寸要求以及精密仪器的定位精度要求已经达到纳米级别，因此实现微纳米定位是推动现代制造业发展的关键。除了应用于精密制造、精密测量等领域，微纳米定位在半导体制造与装配、生物医学、纳米压印、光纤对准、数据储存与读取以及各种精密光学仪器等方面有着广泛的应用。而柔性铰链与高性能的电机构成的微纳米定位平台是实现微纳米定位任务的一种有效方式，也得到了广泛的研究：六十年代初，美国国家标准局成功研制了行程为0～50μm的一维微动平台，其位移驱动器为压电陶瓷，执行机构为柔性铰链，主要应用于航天领域。2005年，韩国Gwang-Ju等人设计的以音圈电机为位移驱动器，柔性铰链为执行机构的一维微动机构，其定位精度可以达到0.5nm,但是其行程只有±10μm。2008年，新加坡学者Teo等人提出单自由度的纳米定位装置，以音圈电机为位移驱动器，采用双柔性平行四杆结构作为音圈电机的位移导向机构。

但是，现有的微纳米定位装置难以在定位精度达到纳米级别情况下又满足大行程的需要，而定位装置的性能不仅和柔性铰链的结构相关也和其采用的电机密切相关：压电陶瓷制动器是实现纳米定位的一种装置，但是其行程只能达到几百微米；磁悬浮技术能够在较大行程内实现纳米定位，但是其效率对于负载变化非常敏感；传统的音圈电机响应快、行程长，但是其力常数较小，只能达到10N/A。实际应用中，缺少针对大推力，大行程，高性能电机所需的柔性支撑结构。

发明内容

本发明针对现有技术现状，而提供一种双复合柔性平行四杆机构，基于音圈电机驱动，实现柔性支撑结构的大线性行程和高定位精度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双复合柔性平行四杆机构，包括由上框架和下框架构成的外框架，上框架与下框架之间设有柔性支撑组件。柔性支撑组件分为内侧组柔性支撑组件和外侧组柔性支撑组件两组。在外框架的内部设有用作驱动源的音圈电机，音圈电机的音圈电机定子通过支架与外侧组柔性支撑组件相连接，音圈电机的音圈电机动子与内侧组柔性支撑组件相连接。

上述的柔性支撑组件的数量为偶数组。且柔性支撑组件分成两部分，对称分布于外框架的两个对立侧面处，且每部分中各个柔性支撑组件平行并联布置。

上述每一部分的内侧组柔性支撑组件和外侧组柔性支撑组件的数量均为偶数。

上述每个柔性支撑组件包括两个柔性支撑单元。每个柔性支撑单元包括一个矩形臂杆以及通过矩形臂杆相串联的两个直角柔性铰链。

上述的外侧组柔性支撑组件通过定子连接件连接两个柔性支撑单元，使对应的一对柔性支撑单元形成并联结构。内侧组柔性支撑组件通过动子连接件连接两个柔性支撑单元，使对应的一对柔性支撑单元形成并联结构。

上述音圈电机的音圈电机动子通过动子连接件连接内侧组柔性支撑组件。

上述的支架包括左侧支架和右侧支架，左侧支架和右侧支架分别通过定子连接件与对应的外侧组柔性支撑组件相连接。

上述的左侧支架和右侧支架通过螺栓与音圈电机下底板连接构成刚性整体，并支撑外框架。