專利名稱：具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及超精密定位平臺，特別是一種具有全柔順支鏈的空間四自由度(三轉 動一平動)微動超精密定位平臺。
背景技術：
近年來，隨著微電子技術、通訊技術、宇航技術、精密和超精密加工、生物工程、醫 學工程等技術的迅猛發展，人們越來越迫切的需要具有納米級定位精度、多自由度、高度靈 活的超精密微定位系統，用于實現高精度的操作和實驗研究。為了實現精密定位，通常采用 伺服電機和精密絲杠傳動方案，然而這種定位方式由于螺紋間隙和傳動摩擦的存在，其定 位精度一般只能達到微米級。為了補償傳動誤差，提高分辨率，往往采用電磁或壓電驅動對 工作平臺進行精細位置調整，但調整過程長、系統復雜，且由于空間耦合作用使得空間定位 精度調整難以實現。因此，必須尋求特殊的驅動和傳動方式以及高精度的控制方法以使平 面工作臺具有亞微米，甚至納米級的位移分辨率。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型的具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密 定位平臺，用于克服上述精密定位平臺的不足。本發明技術方案一種具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺，四 個相同全柔順支鏈2中每個支鏈均與相鄰支鏈互相垂直并且均勻的固定在基座1上，微動 平臺3安裝在四個全柔順支鏈2的運動輸出端12上，精密定位器4固定在微動平臺3的中 心位置。全柔順支鏈2是在整塊彈簧鋼板15上切割形成，使其成為具有多個柔性運動副和 柔性連桿的全柔順支鏈；全柔順支鏈2以柔性轉動副5為起點，柔性連桿6的一端與柔性 轉動副5連接，另一端通過柔性移動副7與柔性連桿8連接；柔性連桿10的一端通過柔性 U型副9與柔性連桿8連接，另一端通過柔性轉動副11與運動輸出端12相連接；柔性連桿 13的兩端分別連接柔性連桿8和彈簧鋼板15 ；壓電陶瓷驅動14驅動柔性連桿13，通過柔 性連桿8使各柔性運動副及柔性連桿產生運動，將運動傳遞至運動輸出端12。通過四個全 柔順支鏈2上的運動輸出端12的運動來確定微動平臺3的運動，從而使固定在微動平臺3 上的精密定位器4產生運動，最終實現超精密定位。柔性U型副9由兩個軸線相互正交的柔性轉動副組成，連接在柔性連桿上，為柔性 連桿提供轉動約束。有益效果利用柔順元件的彈性變形傳遞或轉換運動、力或能量的一種新型免裝 配機構，避免了并聯機構由于運動副軸線裝配誤差及運動副存在的間隙對末端平臺運動特 性所造成的影響，定位精準；克服常規方式由于螺紋孔行程和傳動摩擦等因素對精密定位 精度的影響，達到納米級超精密定位。
圖1為本發明結構示意圖；圖2為圖1中全柔順支鏈2的結構示意圖。
具體實施例方式將并聯機構和柔順機構的理論相結合，設計出一種柔順并聯機構作為微動超精密 定位平臺的基本構成，該超精密定位平臺具有全柔順機構。本發明由基座1、四個相同的全柔順支鏈2、微動平臺3和精密定位器4組成。四個結構相同的全柔順支鏈2中每個支鏈均與相鄰支鏈互相垂直并且均勻的固 定在基座1上，同時微動平臺3安裝在四個全柔順支鏈的運動輸出端12上。安裝在全柔順 支鏈2上的壓電陶瓷驅動14驅動后，柔性連桿13發生變形，通過與柔性連桿8的連接和柔 性轉動副5、柔性移動副7、柔性U型副9、柔性轉動副11的彈性變形將運動傳遞至運動輸 出端12，根據四個全柔順支鏈2的運動來確定微動平臺3的運動，從而使固定在微動平臺3 上的精密定位器4產生運動，最終實現超精密定位。本發明中精密定位器4、微動平臺3、壓電陶瓷驅動14等均為現有產品。本發明繼承了并聯機構空間多自由度運動特性，克服常規方式由于螺紋孔行程和 傳動摩擦等因素對精密定位精度的影響，達到納米級超精密定位。
權利要求
1.一種具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺，其特征在于四個相同 全柔順支鏈O)中每個支鏈均與相鄰支鏈互相垂直并且均勻的固定在基座(1)上，微動平 臺⑶安裝在四個全柔順支鏈⑵的運動輸出端(12)上，精密定位器⑷固定在微動平臺 (3)的中心位置。
2.根據權利要求1所述一種具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺，其 特征在于全柔順支鏈(2)是在整塊彈簧鋼板(15)上切割形成，使其成為具有多個柔性運 動副和柔性連桿的全柔順支鏈；全柔順支鏈O)以柔性轉動副( 為起點，柔性連桿(6)的 一端與柔性轉動副( 連接，另一端通過柔性移動副(7)與柔性連桿(8)連接；柔性連桿 (10)的一端通過柔性U型副(9)與柔性連桿(8)連接，另一端通過柔性轉動副(11)與運動 輸出端(12)相連接；柔性連桿(13)的兩端分別連接柔性連桿(8)和彈簧鋼板(15)；壓電 陶瓷驅動(14)驅動柔性連桿(13)，通過柔性連桿(8)使各柔性運動副及柔性連桿產生運 動，將運動傳遞至運動輸出端(12)。
3.根據權利要求2所述一種具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺，其 特征在于柔性U型副(9)由兩個軸線相互正交的柔性轉動副組成，連接在柔性連桿上，為 柔性連桿提供轉動約束。
全文摘要
本發明涉及超精密定位技術，特別是一種具有全柔順支鏈的空間四自由度微動超精密定位平臺。本發明四個相同全柔順支鏈中每個支鏈均與相鄰支鏈互相垂直并且均勻的固定在基座上，微動平臺安裝在四個全柔順支鏈的運動輸出端上，精密定位器固定在微動平臺上。其繼承了并聯機構空間多自由度運動特性，克服常規方式由于螺紋孔行程和傳動摩擦等因素對精密定位精度的影響，達到納米級超精密定位。
文檔編號F16M11/04GK102072383SQ20101056487
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月27日 優先權日2010年11月27日
發明者朱大昌, 肖藩, 胡俊峰, 陳德海, 顧起華 申請人:江西理工大學