[发明专利]一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构

说明书

一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构，包括外柔性支链模块、内柔性支链模块、刚性连接块、固定块、输出块和驱动器；驱动器设置在两个刚性连接块之间；两个外柔性支链模块的一端分别连接到刚性连接块上，另一端连接到固定块上；两个内柔性支链模块的一端分别连向两个刚性连接块，另一端连向输出块。本发明利用四个柔性支链模块的组合实现位移的差动叠加，可以得到大的位移缩小比，从而大幅提升运动的分辨率和精度；紧凑型差动式柔性位移缩小机构可以与宏动平台配合，实现大范围、超高精度的运动定位。

技术领域

本发明属于精密驱动与传动领域，特别涉及一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构。

背景技术

纳米定位技术是实现纳米操控和纳米测量的基础。一般采用压电叠堆驱动器直接驱动定位，或者在压电叠堆驱动器的基础上利用位移放大机构(如桥式或杠杆式)将位移进一步放大，这类定位方式通常只能达到几十纳米甚至几百纳米的运动精度。

随着科学技术的发展，半导体技术、航天科技、光学与光电子工程、生物工程等领域对定位精度提出了越来越高的要求。以光刻机为例，超高定位精度的工件台是光刻机核心部件之一，它的运动精度直接影响了光刻出来的硅片质量，在高速运动下需达到2纳米的运动精度，才能满足最新一代芯片的制程工艺需求，现有的定位方式无法满足这样高精度的运动精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构，以解决现有的定位方式定位精度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构，包括柔性关节模块、刚性连接块、固定块、输出块和驱动器；驱动器设置在两个刚性连接块之间，两个柔性关节模块的一端分别设置在刚性连接块上，柔性关节模块另一端靠近驱动器的一侧为内侧，另一侧为外侧，两个柔性关节模块的另一端的外侧分别连接到固定块的两端，两个柔性关节模块的内侧分别连接到输出块的两端。

进一步的，柔性关节模块包括外柔性支链模块和内柔性支链模块，外柔性支链模块和内柔性支链模块平行设置形成柔性关节模块；外柔性关节和内柔性关节的偏移方向相同。

进一步的，外柔性支链模块和内柔性支链模块包括一个或多个平行的支链，外柔性支链模块和内柔性支链模块为集中柔度式或分布柔度式。

进一步的，集中柔度式支链模块为两端设置有柔性铰链的刚性块；分布柔度式支链模块为一整段柔性梁。

进一步的，外柔性支链模块和内柔性支链模块同向布置，记θ₁和θ₂分别为沿顺时针方向水平线到外柔性支链模块和内柔性支链模块的角度，θ₁和θ₂应同时在0～90°范围内。

进一步的，固定块为半框架结构，输出块位于固定框架的缺口之间；固定块与外部机架相连，输出块为整个机构的输出端。

进一步的，驱动器两端与两刚性连接块固定连接，驱动器提供直线式输入使两刚性连接块背离或趋近运动。

进一步的，驱动器为压电叠堆驱动器、磁致伸缩驱动器或直线音圈电机。

此外，本发明还揭示了一种紧凑型差动式柔性位移缩小机构，其特征在于，包括外柔性支链模块(1)、内柔性支链模块(2)、刚性连接块(3)、固定块(4)、输出块(5)和驱动器(6)；外柔性支链模块(1)和内柔性支链模块(2)均设置在两个刚性连接块(3)外部，驱动器(6)设置在两个刚性连接块(3)之间；外柔性支链模块(1)和内柔性支链模块(2)的变形运动方向相同，以产生差动运动，固定块(4)和输出块(5)共同构成外框架，将外柔性支链模块(1)、内柔性支链模块(2)、刚性连接块(3)、驱动器(6)全部包裹在内，形成紧凑的整体结构；