[发明专利]一种压电冲击驱动二维并联跨尺度精密定位平台

说明书

本发明公开一种压电冲击驱动二维并联跨尺度精密定位平台，由动子、柔性支架、基座和压电驱动器组成二维的微动平台，微动平台固定在底座的上方，磁铁固定在底座的中心并穿过动子的通孔，动子四角位置的小球与平板最下层的耐磨层摩擦耦合，平板次下层的铁磁层受磁铁吸引形成与动子之间的预压力，在压电驱动器的锯齿波电压作用下实现平板二维并联跨尺度精密运动。本发明结构紧凑、控制方便、位移分辨率高、响应速度快、运动行程大，可进一步提升压电精密定位平台在STM、AFM等显微系统中的应用效果。

技术领域

本发明属于压电精密驱动微位移平台设备技术领域，具体是涉及一种压电冲击驱动二维并联跨尺度精密定位平台。

背景技术

微纳科技的迅猛发展，涉及对微小对象进行精密定位操作的场合越来越多，如半导体制造中晶体管的电学特性测试、材料科学中纳米结构的机械性能表征、微机电系统中元件的搬运装配、生物医学工程中细胞的捕捉注射等，这些场合往往要求在狭小空间内安装精密定位平台，实现亚微米级以上位移分辨率、毫米级以上跨尺度行程的多自由度协同运动。目前应用最多的是基于压电驱动器和柔性铰链的微动平台，专利号CN101887761B、CN102962683B提出的二维并联微动平台，该类平台具有结构紧凑、位移分辨率高等优点，但问题在于即使采用位移放大机构，平台的运动范围仍难以达到毫米级。进一步提高运动范围的最简单措施是采用冲击驱动原理，专利号CN108696179A、CN107104608A采用压电驱动器和柔性铰链的定子来冲击驱动滑块实现跨尺度精密运动，该类平台具有结构紧凑、控制方便等优点，但设计中都采用定子侧面与滑块接触，只能实现单自由度的运动，而多自由度运动将面临摩擦力耦合、预压力施加方式等问题。因此，需要结合微动平台和冲击驱动原理设计一种紧凑结构实现多自由度跨尺度精密运动，提升压电精密定位平台在STM、AFM等显微系统中的应用效果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种压电冲击驱动二维并联跨尺度精密定位平台，结合微动平台和冲击驱动原理，改进摩擦力耦合和预压力施加方式，从而实现二维并联跨尺度精密运动，该定位平台具有结构紧凑、控制方便、位移分辨率高、响应速度快、运动行程大等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种压电冲击驱动二维并联跨尺度精密定位平台，包括微动平台、底座、平板和磁铁，所述微动平台由动子、柔性支架、基座和压电驱动器组成；

所述动子设置于微动平台的中心位置并通过四组柔性支架与基座连接，所述压电驱动器安装在柔性支架与基座之间并推动动子进行XY方向位移；

所述微动平台通过基座固定在底座的上方，所述动子的中心位置设置有通孔，所述磁铁固定于底座的中心并穿过动子的通孔；

所述动子的四角位置对称设置有四个小球；

所述平板至少包含两层，最下层为耐磨层，与动子的小球摩擦耦合，次下层为铁磁层，受磁铁吸引形成平板与动子之间的预压力。

进一步地，所述压电驱动器的数量至少为两个。

进一步地，所述的微动平台整体为方形，每组所述柔性支架包含相互垂直的铰链结构；

所述压电驱动器为压电陶瓷叠堆，与所述基座的接触位置设置有紧定螺钉用于调节压电驱动器的预紧力；

所述的动子整体为方形，中心位置的通孔为圆形，所述动子的四角位置对称设置有沉孔，并分别通过环氧胶固结小球。

进一步地，所述的底座整体为方形，上表面的四角位置设置有凸台，上表面的中心位置设置有沉孔，所述微动平台的基座通过螺钉固定安装在底座的凸台上，所述磁铁为圆柱形，底部通过环氧胶固结在底座中心的沉孔内。

本发明的有益效果：