[发明专利]一种基于柔顺机构的二维常力微定位平台

说明书

本发明公布了一种二维常力定位平台，用于在二维平面内的指定方向提供常力输出，包括力输入端、力输出端、导向机构、解耦机构、常力机构，还包括基座，导向机构和解耦机构分别包括在x方向上关于y方向对称分布的第一导向机构和第一解耦机构以及在y方向上关于x方向对称分布的第二导向机构和第二解耦机构；力输入端和力输出端对应的分别设置于第一解耦机构和第二解耦机构的两端，解耦机构分别通过可产生负刚度的双稳态梁和可产生正刚度的复合直梁连接在所述基座上；双稳态梁和复合直梁并联构成准零刚度系统。采用本发明的二维常力定位平台，实现了常力输出，二自由度运动，并且解耦性能好，定位精度高，结构简单。

技术领域

本发明涉及一种基于柔顺机构的二维常力平台，属于精密微操作领域，主要应用于超精密加工，精密工程，微机电系统(MEMS)、微电子工程，生物工程(细胞注射)等高尖端科学技术领域。

背景技术

基于柔顺机构的微定位平台技术是利用柔性铰链代替传统的刚性连接零件从而实现零件的运动与定位，具有无摩擦磨损、冲击小、结构紧凑、易于加工、免装配以及兼容性强等优点，在精密操作、定位系统中具有广泛的应用。

常力微定位平台是近年来新兴的装置，常力微定位平台是利用对结构整体刚度的设计以使其接近于零的特性来实现随着输入位移的增加输出力保持一个几乎恒定的值的功能。由于微定位平台应用的场合多为超精密加工、装配等，所承载的目标具有体积小、结构紧凑等特点，抵抗冲击载荷的能力较差，而现有的非常力平台在移动过程中所产生的力是变化的，因此所承载的目标会受到一定的冲击力，从而对其精度产生一定的影响。随着微机械系统和生物工程等领域的研究深入，微操作、微定位平台在其生产加工过程中也扮演着越来越重要的角色。

本发明的目的就是针对上述现有技术的缺点设计一种新型的二维的具有解耦性能的能够恒力输出的微定位平台，使其能够满足实际工作要求。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种二维的具有解耦性能的常力微定位平台，能够实现两个自由度的常力输出以及高精度的定位。

为了实现上述目的，本发明提供了一种二维常力机构，用于在二维平面内的指定方向提供常力输出，包括力输入端、力输出端、导向机构、解耦机构以及常力机构，还包括基座。

所述导向机构和解耦机构分别包括在x方向上关于y方向对称分布的第一导向机构和第一解耦机构以及在y方向上关于x方向对称分布的第二导向机构和第二解耦机构；所述力输入端和力输出端对应的分别设置于第一解耦机构和第二解耦机构的两端，所述解耦机构分别通过可产生负刚度的双稳态梁和可产生正刚度的复合直梁连接在基座上；所述双稳态梁和复合直梁并联构成准零刚度系统即上述常力机构。

作为优选，所述导向机构和解耦机构均由薄壁梁构成，且两者之间垂直分布。第一解耦机构和第二解耦机构分别具有两个移动端，且均由分处于力输出端相对两侧的两个直段构成，整体呈“十”字形分布；力输入端串联于第一解耦机构和第二解耦机构的移动端。作为优选，构成第一解耦机构和第二解耦机构的薄壁梁为四根且相互平行。

本发明公布了一种定位平台，包括上述的二维常力平台、底座、支撑板、测量块、支撑块，所述二维常力平台和支撑板固定于底座，测量块与力输出端固定连接，底座上固定设置有驱动电机，驱动电机的输出端与输入端连接以提供位移给所述二维常力平台，支撑板固定设置位移传感器，位移传感器通过测量测量块的位移以检测二维常力平台移动的距离。作为优选，驱动电机为音圈电机；位移传感器为电容式位移传感器。

与现有技术相比，本发明的二维常力微定位平台的有益效果在于：通过设置柔性薄壁梁，实现了常力输出，结构简单、紧凑，易于加工制造，和传统的利用刚性副连接实现常力输出的发明专利相比，由于采用柔性薄壁梁连接传递运动，克服了传统刚性副连接的间隙、摩擦磨损等缺点，提高了定位精度；通过设置分别在第一方向和第二方向上减小相互之间运动干涉的第一解耦机构和第二解耦机构，实现了平台的二自由度运动，进而实现平台的二维常力输出。