基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微/納制造技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)微/納制造裝備核心關(guān)鍵技術(shù)之一的精密定位技術(shù)提出了更高的要求。微定位平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)精密定位的工作平臺(tái)，其一般由微定位機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器和為控制系統(tǒng)提供位置反饋的位移傳感器組成。而柔順機(jī)構(gòu)是以柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，具有無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高和加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在精密定位領(lǐng)域作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。因此，柔順機(jī)構(gòu)適用于微定位平臺(tái)中來傳遞驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)和力，以提高微定位平臺(tái)的位移精度。
[0003]目前存在的微定位平臺(tái)中，一般都是基于單個(gè)柔順鉸鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)的。然而，對(duì)于單個(gè)柔順鉸鏈，在施加軸向載荷時(shí)，柔順鉸鏈發(fā)生凹陷，無法產(chǎn)生軸向線性位移，這極大的影響了微定位平臺(tái)的位移定位精度。
[0004]同時(shí)，微定位平臺(tái)中的微位移放大機(jī)構(gòu)常采用以單個(gè)柔順鉸鏈連接的杠桿放大機(jī)構(gòu)，通過此機(jī)構(gòu)，能將微定位平臺(tái)的位移輸出實(shí)現(xiàn)放大；而通常采用簡(jiǎn)單的一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)都存在過約束問題，因此導(dǎo)致每當(dāng)柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形時(shí)，微定位平臺(tái)的位移輸出將會(huì)出現(xiàn)位移輸入與位移輸出之間的耦合現(xiàn)象，尤其是放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)越大，該耦合現(xiàn)象就更加明顯。
[0005]因此，為了提高微定位平臺(tái)的位移定位精度和減小耦合位移，有必要對(duì)柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)和包括柔性鉸鏈的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)，該微定位平臺(tái)在滿足安裝空間和固定頻率等各種條件的前提下，可提高位移定位精度和獲得盡量大的行程。本實(shí)用新型另一目的在于提供一種具有矯正位移輸出功能的微定位平臺(tái)，使得位移盡量呈線性輸出，從而減小耦合位移。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)，其特征在于:包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、設(shè)置在定平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)器和用于連接定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)；所述三個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)均勻布設(shè)在動(dòng)平臺(tái)的外圍，并分別與定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)器連接；
[0008]其中，每個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)包括活動(dòng)杠桿、雙柔順鉸鏈和設(shè)置有雙柔順鉸鏈的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；所述活動(dòng)杠桿通過雙柔順鉸鏈分別與定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)器連接，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)平臺(tái)連接；所述雙柔順鉸鏈為對(duì)稱型雙柔順鉸鏈。
[0009]在上述方案中，本實(shí)用新型采用對(duì)稱型雙柔順鉸鏈作為移動(dòng)副代替單柔順鉸鏈，使微定位平臺(tái)的柔順機(jī)構(gòu)得到優(yōu)化，能有效的對(duì)單柔順鉸鏈進(jìn)行非對(duì)稱性補(bǔ)償，而且極大的減小了因單柔順鉸鏈的靜力變形而導(dǎo)致的微定位平臺(tái)的精度誤差，從而使微定位平臺(tái)的位移精度得到提高。
[0010]同時(shí)，本實(shí)用新型采用杠桿放大原理來提高平臺(tái)的行程，因?yàn)楦軛U結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，因此功效較高；而且杠桿放大機(jī)構(gòu)理論上能夠使微定位平臺(tái)的位移輸出與位移輸入之間保持一種較好的線性關(guān)系。所以本實(shí)用新型的微定位平臺(tái)在滿足安裝空間和固定頻率等各種條件的前提下，可提高位移定位精度和獲得盡量大的行程，以實(shí)現(xiàn)Χ-Υ- Θ平面三自由度的微定位。由于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有體積小、分辨率高、響應(yīng)快和推力大等一系列特點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于微位移輸出裝置、力發(fā)生裝置和光學(xué)掃描等重要領(lǐng)域，因此，本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)器采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。
[0011 ] 所述雙柔順鉸鏈包括雙柔順鉸鏈一和雙柔順鉸鏈二 ；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中的雙柔順鉸鏈為雙柔順鉸鏈三；雙柔順鉸鏈一、雙柔順鉸鏈二和雙柔順鉸鏈三均為對(duì)稱型雙柔順鉸鏈。
[0012]更具體地說，所述活動(dòng)杠桿通過雙柔順鉸鏈分別與定平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)器連接，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)平臺(tái)連接是指:所述活動(dòng)杠桿的第一側(cè)邊與動(dòng)平臺(tái)相對(duì)并具有間隙一；活動(dòng)杠桿的第二側(cè)邊與定平臺(tái)相對(duì)并具有間隙二 ；活動(dòng)杠桿中與第一側(cè)邊相對(duì)的第三側(cè)邊通過雙柔順鉸鏈一與定平臺(tái)連接；活動(dòng)杠桿中與第二側(cè)邊相對(duì)的第四側(cè)邊的中部與定平臺(tái)相對(duì)并具有間隙三，第四側(cè)邊的兩側(cè)分別通過雙柔順鉸鏈二和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)器和動(dòng)平臺(tái)連接；其中，間隙一、間隙二和間隙三均相等。
[0013]所述雙柔順鉸鏈一由兩個(gè)相同的單柔順鉸鏈組成，兩個(gè)單柔順鉸鏈背對(duì)對(duì)稱設(shè)置。本實(shí)用新型的雙柔順鉸鏈一的形狀設(shè)計(jì)可承受彈性變形，從而可獲取一部分運(yùn)動(dòng)。
[0014]所述雙柔順鉸鏈二和雙柔順鉸鏈三均由兩個(gè)相同的單柔順鉸鏈組成，兩個(gè)單柔順鉸鏈正對(duì)對(duì)稱設(shè)置。本實(shí)用新型的雙柔順鉸鏈二和雙柔順鉸鏈三的形狀設(shè)計(jì)可起到傳遞位移和運(yùn)動(dòng)的作用。
[0015]所述單柔順鉸鏈的橫截面呈弧形、圓弧形、半圓形或半橢圓形。
[0016]所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括柔順鉸鏈三和連接在柔順鉸鏈三之間的連桿。
[0017]所述活動(dòng)杠桿通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)平臺(tái)連接是指:導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一端的柔順鉸鏈三與活動(dòng)杠桿連接，其另一端的柔順鉸鏈三與動(dòng)平臺(tái)連接，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)杠桿通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與動(dòng)平臺(tái)連接。本實(shí)用新型的連桿具有矯正位移輸出的作用，使得位移盡量呈線性輸出，從而減小耦合位移。
[0018]所述三個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)呈120°對(duì)稱分布在動(dòng)平臺(tái)的外圍。
[0019]所述三個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)杠桿長(zhǎng)度方向的軸線共面且交于一點(diǎn)。
[0020]本實(shí)用新型的雙柔順鉸鏈與傳統(tǒng)的剛性運(yùn)動(dòng)副不同，該微定位平臺(tái)可以由雙柔順鉸鏈二和雙柔順鉸鏈三傳遞運(yùn)動(dòng)，也可以從雙柔順鉸鏈一的彈性變形中獲取一部分運(yùn)動(dòng)。此平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要是靠雙柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，當(dāng)對(duì)微定位平臺(tái)施加軸向載荷時(shí)，這種雙柔順鉸鏈能夠進(jìn)行非對(duì)稱性補(bǔ)償，并且能夠減小因柔順鉸鏈的靜力變形而導(dǎo)致的微定位平臺(tái)精度誤差。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0022]1、本實(shí)用新型基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，該微定位平臺(tái)在滿足安裝空間和固定頻率等各種條件的前提下，可提高位移定位精度和獲得盡量大的行程。
[0023]2、本實(shí)用新型基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)具有矯正位移輸出功能的微定位平臺(tái)，使得位移盡量呈線性輸出，從而減小耦合位移。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型基于對(duì)稱型雙柔順鉸鏈的三自由度微定位平臺(tái)的模型結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是微定位平臺(tái)的杠桿放大機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]其中，1為定平臺(tái)、2為杠桿放大機(jī)構(gòu)、3為動(dòng)平臺(tái)、4為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、5為活動(dòng)杠桿、5.1為第一側(cè)邊、5.2為第二側(cè)邊、5.3為第三側(cè)邊、5.4為第四側(cè)邊、6為雙柔順鉸鏈一、7為雙柔順鉸鏈二、8為雙柔順鉸鏈三、9為連桿。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本實(shí)用新型中兩個(gè)單柔順鉸鏈背對(duì)對(duì)稱設(shè)置是指:兩個(gè)單柔順鉸鏈的開口朝向相反并對(duì)稱設(shè)置