[发明专利]两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台

说明书

本发明公开了两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面，动台面的下方间隙设有定台体，定台体的中间设有第一容纳槽，第一容纳槽间隙设有螺固于动台面的动台体；动台体还设有第一传导部、第二传导部和第三传导部；定台体在位于第一容纳槽的边缘设有间隙容纳第二柔性薄板的第三容纳槽；第一传导部、第二传导部和第三传导部的各自刚性部的第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元；通过对第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元的驱动实现动台体及动台面在水平面内的两平动及一转动。本发明的优点是平台整体结构简单紧凑、工作台面大、位移行程大、无寄生位移、固有频率高、易于集成位移式传感器。

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，特别涉及一种两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台。

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。

两平动（沿x、y向移动）一转动（绕z轴即沿z向旋转）三自由度压电微动平台的实现方式主要有叠加式、串联式与并联式三种。叠加式是先分别制作出可沿x、y、z向输出微位移的单一自由度的压电微动平台，然后再将三个平台在高度方向按层叠加起来，这种平台设计容易，在运动上无耦合（即当平台沿某方向运动时，不会在另一方向产生寄生位移），安装与预紧压电执行器方便，但体积大，结构不紧凑，固有频率低，各运动方向的性能参数需分别进行设计。串联式是先在产生某一方向运动的动平台（外动平台）中制作出可产生另一方向运动的动平台（中间动平台），再在中间动平台中制作出可产生最后一方向运动的动平台（内动平台），这种平台结构紧凑，各动平台在运动上也无耦合，但有效台面较小，安装与预紧用于驱动中间动平台及内动平台的压电执行器困难，各运动方向的性能参数也需要分别进行设计。并联式是采用同一个动平台来实现各方向的运动，安装与预紧压电执行器方便，各运动方向的性能参数可同时进行设计，综合性能优于叠加式与串联式，但现有并联式结构复杂、不紧凑，工作台面小，位移行程小，存在位移耦合，固有频率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、工作台面大、位移行程大、无位移耦合、固有频率高的两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：两平动一转动大行程无耦合并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面，动台面的下方间隙设有定台体，定台体的中间设有第一容纳槽，第一容纳槽间隙设有动台体，动台体和动台面之间螺固有第一螺钉；动台体包括互相垂直的第一边缘和第二边缘，第一边缘设有第一传导部和第二传导部，第二边缘设有第三传导部；

第一传导部、第二传导部和第三传导部这三个传导部的结构相同，对应设于动台体边缘的第二容纳槽内，包括分别朝向动台体且间隙设于第二容纳槽内的刚性部和第一柔性薄板，设于刚性部上且连于第一柔性薄板另一端的第一凸部，设于动台体上且连于第一柔性薄板另一端的第二凸部，还包括垂直连于刚性部的第二柔性薄板，第二柔性薄板的另一端连于定台体；每个传导部中的一对第一柔性薄板、刚性部同动台体构成单平行四连杆机构，进而相对的两个传导部通过各自的一对第一柔性薄板、刚性部同动台体构成双平行四连杆机构，在给第三驱动单元施加电压以及在给第一驱动单元和第二驱动单元同时施加相同的电压时，动台体和动台面沿x向和y向输出严格的平动位移，而不会产生寄生位移。