[实用新型]一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增强柔性导向机构

说明书

本实用新型公开了一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增强柔性导向机构，包括菱形位移放大机构和阻尼增强导向机构，所述菱形位移放大机构内嵌有多层叠堆压电陶瓷，所述阻尼增强导向机构包括两根相互对称设置的导向梁，所述菱形位移放大机构的一端固定，其另一端分别与两根导向梁的一端相连，两根导向梁的另一端固定，所述导向梁的表面一及表面二分别粘贴至少一片压电陶瓷片，表面一及表面二为相对面。本实用新型减少了自由层阻尼或约束层阻尼所引起的系统非共振区能量的损耗，从而保证了压电驱动柔顺机构的运动敏捷性。

技术领域

本实用新型涉及自动控制领域，具体涉及一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增强柔性导向机构。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，尤其是5G芯片需求的到来，芯片制造工艺越来越受关注。光刻机是芯片制造工艺不可或缺的关键精密设备，其纳米精密定位的核心在于纳米精密定位平台。而柔顺机构是纳米精密定位平台的核心构件，其基于压电驱动的动力学特性会直接限制平台的运动控制带宽。因为由控制理论可知，二阶动力学模型的最大控制带宽小于固有频率与阻尼比的乘积的两倍，且压电驱动柔顺机构的最大带宽通常不超过其一阶固有频率的2％(柔顺机构的阻尼比一般为0.01量级)。而基于柔顺机构的纳米精密定位平台，其末端平台常常采用柔性导向机构，以保证纳米精密定位平台的运动定位精度与输出方向性。因此，通常将导向机构的导向刚度设计足够大同时也将导向机构的质量设计足够小，即尽可能以更大的低阶固有频率来保证柔性导向机构的导向运动控制带宽。但是基于压电驱动柔顺机构的多层叠堆压电陶瓷的驱动能力有限以及刚度/输出位移关系的矛盾等限制了该设计思想的推广应用。显然，提高阻尼比即增强柔性导向机构的阻尼是另一种更好的选择。

目前所研究的阻尼方法主要包括主动阻尼和被动阻尼两种。对于主动阻尼，国内外研究者先后提出了多种固定结构/低阶和复杂结构的主动阻尼控制律，其中固定结构/低阶控制律有的对系统动力学特性变化的适应性较差，有的会损失部分压电驱动能力。而复杂结构控制律的控制算法相对较复杂，会影响柔顺机构的闭环控制带宽。对于被动阻尼，常见的被动阻尼主要包括自由层阻尼、约束层阻尼以及压电分流阻尼等，其中自由层阻尼和约束层阻尼虽然能够较好地适应系统的动力学特性的变化，但其宽频特性会引起系统非共振区能量的损耗，从而降低了压电驱动柔顺机构的运动敏捷性。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增加柔性导向机构。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于柔顺机构的压电分流阻尼增强柔性导向机构，包括，菱形位移放大机构和阻尼增强导向机构，所述菱形位移放大机构内嵌有多层叠堆压电陶瓷，所述阻尼增强导向机构包括两根相互对称的导向梁，所述菱形位移放大机构的一端固定，其另一端分别与两根导向梁的一端相连，两根导向梁的另一端固定，所述导向梁的表面一及表面二分别粘贴至少一片压电陶瓷片，表面一及表面二为相对面。

进一步，所述多层叠堆压电陶瓷是由多片压电陶瓷片级联构成，即通过压电层和电极层的交错堆叠形成压电层串联、电极层并联的连接形式。

进一步，所述压电陶瓷片由上极板、压电材料及下极板构成。

进一步，所述压电陶瓷片的上极板和下极板分别外接压电分流电路构成回路。

进一步，所述压电分流电路包括导线、电阻和电感。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所使用的阻尼增强技术为被动阻尼，即无需外加电源和控制系统就可以使机构产生阻尼，从而能有效地达到机构阻尼增强的目的。

本实用新型减少了自由层阻尼或约束层阻尼所引起的系统非共振区能量的损耗，从而保证了压电驱动柔顺机构的运动敏捷性。

本实用新型制造工艺简单、成本低廉，所用的压电陶瓷片购买方便以及粘贴简单。

附图说明