[发明专利]两转动一平动大行程无耦合大中空并联压电微动平台

说明书

本发明公开了两转动一平动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面，动台面间隙设有底座，底座设有呈矩形顺次分布的第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元和第四驱动单元；第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元和第四驱动单元独立伸缩且设于动台面下，第一驱动单元与第二驱动单元之间设有正对动台面的第一位移传感器，第三驱动单元与第四驱动单元之间设有正对动台面的第二位移传感器，第一驱动单元与第四驱动单元之间设有正对动台面的第三位移传感器。本发明能完成动台面沿着z轴升降，以及沿着x轴和y轴倾斜转动。本发明的优点是结构简单紧凑、工作台面大、无位移耦合、固有频率高、便于集成电容式位移传感器。

技术领域

本发明属于纳米定位技术领域，涉及纳米定位系统中的微位移机构，特别涉及两转动一平动大行程无耦合大中空并联压电微动平台。

背景技术

压电微动平台是一种通过压电执行器驱动可产生弹性变形的柔性机构来传递位移与力的微位移机构。由于它没有铰链和轴承，所以不需要装配，不存在传动间隙，不产生摩擦与磨损；由于采用压电执行器驱动，故其位移分辨率可达到纳米级，响应时间可达到毫秒级，且刚度大、体积小、承载能力强。因此，它被广泛应用于精密加工与测试、光纤对接、微零件装配、细胞微操作等需要微/纳米定位的技术领域中。如，在精密及超精密加工中，可实现刀具的微进给或加工误差的补偿；在精密测量中，可实现传感器的微调节；在扫描探针显微镜中，同微扫描探针相结合，可实现对微结构形貌的测量；在光纤对接中，可实现直径为几微米至十几微米的两光纤的精密对准；在MEMS（微机电系统）装配中，同微夹钳相结合，可将微轴、微齿轮装配成微部件；在生物工程中，同微冲击探针相结合，可向细胞注入或从细胞中提取相应成分。

现有两转动（绕x、y轴旋转）一平动（沿z向移动）并联压电微动平台大都基于Stewart 并联平台结构，通过三个或四个实现驱动功能的连杆将动平台和定平台相连接来实现。这种实现方式平台刚度高，响应快，但也存在以下不足：由于连杆较长，使动平台远离定平台，进而使平台结构庞大、不紧凑；由于未采用位移放大机构，平台位移行程小；绕一个轴旋转时，同时会产生绕另一个轴的耦合转角。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供一种结构简单紧凑、位移行程大、无位移耦合的的两转动一平动并联压电微动平台。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：两转动一平动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面，动台面间隙设有底座，底座设有呈矩形顺次分布的第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元和第四驱动单元；第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元和第四驱动单元独立伸缩且设于动台面下，第一驱动单元与第二驱动单元之间设有正对动台面的第一位移传感器，第三驱动单元与第四驱动单元之间设有正对动台面的第二位移传感器，第一驱动单元与第四驱动单元之间设有正对动台面的第三位移传感器。设垂直于动台面为z轴，第二驱动单元到第一驱动单元为y轴，第二驱动单元到第三驱动单元为x轴。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：