[发明专利]一种基于压电驱动的二维并联柔性微动平台

说明书

本发明公开一种基于压电驱动的二维并联柔性微动平台，包括固定框架和工作台，工作台设在固定框架的中部，工作台的四周均设有结构相同的T形位移解耦柔性机构，各个相邻的T形位移解耦柔性机构均互相垂直，其中两个相邻的T形位移解耦柔性机构的外侧均设置结构相同的对称式位移放大柔性机构，固定框架上靠近对称式位移放大柔性机构的两个侧面的内侧面上均设有凹槽，凹槽内设有压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器的位移驱动端与对称式位移放大柔性机构相接触。本发明能够实现消除XY轴向的交叉耦合位移，定位精度高且行程达100µm或以上，能够满足纳米级精度的要求，此外，该微动平台结构紧凑、抗干扰能力强、加工成本低。

技术领域

本发明涉及一种基于压电驱动的二维并联柔性微动平台，属于微纳操纵与纳米精度定位技术领域。

背景技术

随着微纳米技术的兴起和迅猛发展，在微电子技术、微机电系统、超精密加工、生命工程、生物医学等众多技术领域中，迫切需要高精度，高分辨率，高可靠性的纳微米级精度定位系统。目前微纳米精度定位通常采用压电陶瓷驱动与柔性机构传动相结合的方式实现。柔性铰链式微位移机构具有结构紧凑、体积小、无机械摩擦、无间隙、无爬行、机械谐振率高、抗震动干扰能力强等优点，采用压电陶瓷驱动器则很容易实现高分辨率的位移。然而，基于压电驱动的柔性二维微动平台通常存在驱动位移小、轴向交叉位移耦合难消除等问题。

目前，有很多研究学者对上述问题进行研究，但是仍存在一些问题。例如，YangminLi等人（Yangmin Li and Qingsong Xu. Design and Analysis of a Totally DecoupledFlexure-Based XY Parallel Micromanipulator. IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS,2009，25（3）：645-657）提出一种完全解耦的柔性二维微动台，该微动台采用四组双复合平行四边形柔性机构解决了XY两轴间的交叉耦合问题，并采用桥式位移放大柔性机构对压电驱动器的位移进行放大。但该微动台结构较复杂，平台整体尺寸较大，加工成本较高，并且压电驱动器为非固定件，增加了其装配难度，降低微动台的整体固有频率。中国专利授权号CN 101738855 B，名称为“二自由度柔性微定位工作台”的专利，公开了一种二自由度柔性微动台，其采用杠杆式位移放大柔性机构、复合平行四边形柔性导向机构与平行四边形柔性解耦机构实现微动台在XY两轴向的位移放大与输出位移解耦。但是该微动台结构不对称，不能最大程度地消除轴向耦合误差，并且该微动台中位移放大机构的位移放大系数较小，限制了微动台的运动范围。中国专利公布号 CN 103225710 A，名称为“一种压电陶瓷驱动的二维并联微动平台”的专利，公开了一种二维并联微动台，其采用二级位移放大机构、复合平行四杆导向机构与L形解耦机构实现微动台在XY两轴向的精确定位，但是微动台中的放大机构为反向传动，造成结构复杂，整体尺寸较大，加工费用高。中国专利授权号 CN101862966 B，名称为“二自由度平动并联解耦微动平台”，该微动平台采用复合双平行板簧式铰链实现轴间的位移解耦功能，从而消除耦合与寄生位移，提高其二维运动精度。其不足之处是没有位移放大机构，其行程较小，平台整体尺寸较大，谐振频率较小，抗干扰能力较弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是二维平动并联微动平台中轴间耦合问题与位移放大问题，为解决上述问题，本发明在已有的典型柔性导向机构、柔性位移放大机构以及二维柔性微动台的基础上，提供一种基于压电驱动的二维并联柔性微动平台，它能够消除轴间耦合位移、输出位移范围大，位移容易控制，定位精度高、并且具有结构简约紧凑，有较高的固有频率，抗外界干扰能力较强且加工成本低的优点。

本发明的目的是以下述方式实现的：