一种平板式三维大行程纳米操作平台转让专利
申请号 : CN201811320220.7
文献号 : CN109650327B
文献日 : 2021-03-12
发明人 : 卢康康 , 田延岭 , 王福军 , 周重凯 , 马越 , 张大卫
申请人 : 天津大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种平板式三维大行程纳米操作平台,其特征在于,包括基体,在所述基体内设有XY平面运动末端和两套压电陶瓷驱动器Ⅰ加传动机构,其中一套沿X向设置,另一套沿Y向设置,
所述传动机构包括对称布置在所述压电陶瓷驱动器Ⅰ两侧的两个一级运动放大机构和两个杠杆放大机构以及一个桥式放大机构,所述桥式放大机构设置在两个所述杠杆放大机构之间,两个所述一级运动放大机构的输入端与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ的输出端连接,两个所述一级运动放大机构的输出端各通过一根连接杆与两个所述杠杆放大机构的输入端连接,两个所述杠杆放大机构的输出端与所述桥式放大机构的两端连接,所述连接杆与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ垂直,
所述传动机构采用“SR+杠杆+桥式”组成的三级运动放大机构,对压电陶瓷的输出位移进行放大,并通过对三种放大机构进行合理配置,使机构具有紧凑式布局,有效利用空间,并达到运动行程与运动带宽的综合性能的提升,且形成一个可一体化设计和加工的整体柔性机构,
所述XY平面运动末端采用空心柱状结构,所述XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的柔性机构Ⅰ和两个沿Y向设置的柔性机构Ⅰ连接,所述柔性结构Ⅰ通过与其垂直连接的柔性结构Ⅱ与所述基体连接,其中相邻的两个所述柔性结构Ⅱ与两个所述传动机构的桥式放大机构的输出端连接,
在所述XY平面运动末端上安装有Z平台,所述Z平台包括固接在所述XY平面运动末端底部的下板和固接在所述XY平面运动末端顶部的上板基座,在所述上板基座的中央形成有Z平台运动末端,所述Z平台运动末端与所述上板基座通过均布的多个簧片型柔性铰链Ⅲ连接,
在所述Z平台运动末端与所述下板之间设有压电陶瓷驱动器Ⅱ,所述压电陶瓷驱动器Ⅱ设置在所述XY平面运动末端的中空结构内。
2.根据权利要求1所述的平板式三维大行程纳米操作平台,其特征在于,所述传动机构采用了基于往复弯折式簧片型柔性铰链的运动解耦机构,有效减小了平台的刚度,降低了放大机构的变形造成的放大倍数的损失,从而保证最终的输出位移,所述运动解耦机构中,柔性机构Ⅰ为簧片型柔性铰链Ⅰ,所述柔性机构Ⅱ为簧片型柔性铰链Ⅱ,所述XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的簧片型柔性铰链Ⅰ和两个沿Y向设置簧片型柔性铰链Ⅰ连接,所述簧片型柔性铰链Ⅰ通过与其垂直连接的簧片型柔性铰链Ⅱ与所述基体连接。
3.根据权利要求1所述的平板式三维大行程纳米操作平台,其特征在于,所述簧片型柔性铰链Ⅲ是采用弧形簧片形成的。
4.根据权利要求1所述的平板式三维大行程纳米操作平台,其特征在于,所述一级运动放大机构采用SR运动放大机构。
5.根据权利要求1所述的平板式三维大行程纳米操作平台,其特征在于,所述XY平面运动末端采用底面为正方形的空心直四棱柱结构。
说明书 :
一种平板式三维大行程纳米操作平台
技术领域
背景技术
维图案加工与表征等。在这些应用领域内,具有纳米级精度的操作平台是其中的核心部件
之一。目前,纳米平台多为用压电陶瓷、音圈电机、电热或电磁驱动器等能够提供纳米级输
出精度的驱动器驱动,而压电陶瓷相比其他驱动器具有高精度、高输出力、快速响应、可在
常温环境下使用等优点,所以成为纳米操作平台驱动器非常好的选择。但压电陶瓷能够提
供的输出位移有限(十~几十μm),故而通常需要连接运动放大机构来保证足够的输出位
移。但现有的压电陶瓷操作平台,多采用平面(二维)设计,由于空间尺寸和设计难度的限
制,仍然没有克服操作行程小或者体积大的缺点,从而限制了其在特殊场景中的应用。
发明内容
器Ⅰ加传动机构,其中一套沿X向设置,另一套沿Y向设置,所述传动机构包括对称布置在所
述压电陶瓷驱动器Ⅰ两侧的两个一级运动放大机构和两个杠杆放大机构以及一个桥式放大
机构,所述桥式放大机构设置在两个所述杠杆放大机构之间,两个所述一级运动放大机构
的输入端与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ的输出端连接,两个所述一级运动放大机构的输出端各
通过一根连接杆与两个所述杠杆放大机构的输入端连接,两个所述杠杆放大机构的输出端
与所述桥式放大机构的两端连接,所述连接杆与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ垂直,所述XY平面运
动末端采用空心柱状结构,所述XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的柔性机构Ⅰ
和两个沿Y向设置的柔性机构Ⅰ连接,所述柔性结构Ⅰ通过与其垂直连接的柔性结构Ⅱ与所
述基体连接,其中相邻的两个所述柔性结构Ⅱ与两个所述传动机构的桥式放大机构的输出
端连接,在所述XY平面运动末端上安装有Z平台,所述Z平台包括固接在所述XY平面运动末
端底部的下板和固接在所述XY平面运动末端顶部的上板基座,在所述上板基座的中央形成
有Z平台运动末端,所述Z平台运动末端与所述上板基座通过均布的多个簧片型柔性铰链Ⅲ
连接,在所述Z平台运动末端与所述下板之间设有压电陶瓷驱动器Ⅱ,所述压电陶瓷驱动器
Ⅱ设置在所述XY平面运动末端的中空结构内。
柔性铰链Ⅰ连接,所述簧片型柔性铰链Ⅰ通过与其垂直连接的簧片型柔性铰链Ⅱ与所述基体
连接。
工、表征、或操作提供足够的工作行程;XY平面运动末端采用多级弯折簧片式柔性铰链与基
体连接,在运动方向上具有高柔度特性,并在X/Y方向具有解耦特性;Z平台采用与XY平面运
动末端串联设计,在XY平面运动末端的有限空间内,为操作平台提供解耦的Z向运动,并实
现XY平面运动末端在运动过程中在Z方向上的耦合运动的补偿。并且本发明结构紧凑、稳
定,性能可靠。
附图说明
簧片型柔性铰链Ⅲ;23、Z平台运动末端;3、压电陶瓷驱动器Ⅰ;4、压电陶瓷驱动器Ⅱ;5、下
板。
具体实施方式
套沿Y向设置。
述杠杆放大机构14之间,两个所述一级运动放大机构的输入端与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ3的
输出端连接,两个所述一级运动放大机构的输出端各通过一根连接杆13与两个所述杠杆放
大机构14的输入端连接,两个所述杠杆放大机构14的输出端与所述桥式放大机构15的两端
连接,所述连接杆13与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ3垂直。
垂直连接的柔性结构Ⅱ与所述基体11连接,其中相邻的两个所述柔性结构Ⅱ与两个所述传
动机构的桥式放大机构的输出端连接。
21的中央形成有Z平台运动末端23,所述Z平台运动末端23与所述上板基座21通过均布的多
个簧片型柔性铰链Ⅲ22连接。
的簧片型柔性铰链Ⅰ17和两个沿Y向设置簧片型柔性铰链Ⅰ17连接,所述簧片型柔性铰链Ⅰ17
通过与其垂直连接的簧片型柔性铰链Ⅱ16与所述基体11连接。XY平面运动末端18的四周还
可以采用基于缺口型柔性铰链的柔性机构与基体11连接。
末端较小。
动经三级运动放大机构的放大后,作用于Z平台进行输出,Z方向的输入运动直接作用于运
动末端进行输出。
技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下,还
可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围之内。