[发明专利]一种嵌入Scott-Russell机构的复合桥式二自由度解耦微位移定位平台

说明书

本发明涉及一种嵌入Scott‑Russell机构的复合桥式二自由度解耦微位移定位平台，包括固定机架、位移输入平台、运动输入机构、嵌入Scott‑Russell机构的复合桥式机构、双平行四边形导向系统及工作平台；运动输入机构的两端分别连接一个位移输入平台；运动输入机构通过复合桥式机构与双平行四边形导向系统传动连接，工作平台与双平行四边形导向系统相连。与现有技术相比，本发明依靠嵌入Scott‑Russell机构的复合桥式机构和双平行四边形导向机构，解决了现有技术中固有频率低以及输出耦合高等问题，此外，这种组合设计还有助于提高结构刚度，增加二自由度柔性解耦微位移定位工作台在工作过程中的稳定性。

技术领域

本发明属于精密微位移驱动技术领域，涉及一种基于压电陶瓷驱动器和二自由度柔性解耦的嵌入Scott-Russell机构的复合桥式二自由度解耦微位移定位平台。

背景技术

以压电陶瓷驱动器和柔性机构分别作为微位移驱动和导向部件的精密定位平台在微机电系统、扫描探针显微镜、超精密加工、光学调整以及生物细胞操作等诸多领域有着广泛应用。但压电陶瓷驱动器输出位移较小，输出位移只有其自身长度的0.1％，因此为了满足大位移的应用场合，通常需要借助柔性放大机构来扩大其输出位移。常用的位移放大机构有杠杆式机构和桥式机构等，目前，商业上常用的二自由度微位移定位平台大多只采用桥式机构或者复合桥式机构，这两种机构自身的固有频率较低，且输出端抗拉刚度较小。较低的固有频率会减小机构瞬态响应的速度，增加响应时间；较小的输出端抗拉刚度会增加二自由度微位移定位平台的输出耦合位移。因此，发明具有高固有频率及低输出耦合的二自由度解耦微位移定位平台对于实际应用具有较大的意义。

中国专利CN106057250A公开了一种二自由度微定位平台，其采用四根圆弧状柔性铰链解耦，整个平台的结构刚度较低，固有频率较低。中国专利CN110310696A公开了一种三级位移放大二自由度柔顺精密定位平台，其采用杠杆机构与半桥式机构，负载能力较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入Scott-Russell机构的复合桥式二自由度解耦微位移定位平台。本发明为了减少输出耦合，Scott-Russell机构和双平行四边形导向机构共同作用于二自由度解耦微位移定位工作台的输出端。使用Scott-Russell机构来代替复合桥式机构的一根桥臂，以提高传统桥式机构的固有频率及其输出端的侧向承载力，后者是为了进一步保证输出端的直线运动。这两种机构保证了消除输出耦合和沿整个运动链的不必要的寄生运动。此外，这种组合设计还有助于提高结构刚度，增加二自由度柔性解耦微位移定位工作台在工作过程中的稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种嵌入Scott-Russell机构的复合桥式二自由度解耦微位移定位平台，该定位平台包括固定机架、位移输入平台、运动输入机构、嵌入Scott-Russell机构的复合桥式机构、双平行四边形导向系统及工作平台；

所述的位移输入平台包括第一位移输入平台、第二位移输入平台、第三位移输入平台及第四位移输入平台，所述的运动输入机构包括第一运动输入机构及第二运动输入机构，并且所述的第一运动输入机构的两端分别连接第一位移输入平台及第二位移输入平台，所述的第二运动输入机构的两端分别连接第三位移输入平台及第四位移输入平台；

所述的复合桥式机构包括第一复合桥式机构及第二复合桥式机构，所述的第一复合桥式机构、第二复合桥式机构正交放置，并且所述的第一复合桥式机构及第二复合桥式机构的底部均与固定机架传动连接；

所述的第一运动输入机构通过第一复合桥式机构与双平行四边形导向系统传动连接，所述的第二运动输入机构通过第二复合桥式机构与双平行四边形导向系统传动连接，所述的工作平台与双平行四边形导向系统相连。第一复合桥式机构将第一运动输入机构输出的垂直方向的位移转化为水平方向的位移，第二复合桥式机构将第二运动输入机构输出的水平方向的位移转化为竖直方向的位移。