一種三自由度大行程柔性納米定位平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微納操控與高精度定位技術領域，尤其是XY Θ三自由度精密定位平臺O
【背景技術】
[0002]微納定位技術在精密工程應用中發揮著越來越重要的作用，特別是納米壓印光亥IJ，原子力顯微鏡，芯片制造，生物醫學工程等領域。同時，隨著這些領域的研宄深入，對納米定位技術提出了越來越高的要求，對大行程高分辨率多自由度的納米定位平臺需求越來越旺盛。目前的定位平臺主要存在以下不足:
[0003]1.現有的納米定位平臺設計行程往往較小，多采用壓電陶瓷驅動，輸出位移集中在0.0lmm至0.1mm,無法實現厘米級大行程。
[0004]2.帶有放大機構的微位移定位平臺由于材料變形往往輸出放大比不恒定，影響定位精度和控制。
[0005]3.傳統的大行程定位平臺分辨率往往比較低，如采用伺服電機或步進電機驅動滾珠絲杠定位平臺雖然可實現大行程，但由于摩擦等原因往往出現爬行，分辨率低等缺陷。
[0006]4.現有的定位平臺多集中在平面xy兩自由度設計，無法實現z方向精密轉動。
[0007]5.傳統的多自由度并聯納米定位平臺存在較為嚴重的位移耦合現象，影響定位精度。
[0008]6.傳統的多自由度并聯微位移平臺多采用同輸出自由度對等的驅動器個數，難以對出現的加工問題進行補償。
[0009]因此，設計一種能夠具有多個自由度、大行程、位移耦合小的精密定位裝置，是本領域技術人員亟需解決的。
【發明內容】
[0010]為解決現有技術存在的不足，在一定程度上推進納米定位技術的發展，本發明具體公開了一種XYΘ三自由度大行程柔性納米定位平臺。本方案所提供的定位裝置具有三自由度，行程大，結構解耦，四驅動(驅動數大于輸出自由度數)，無摩擦等優點。其終端運動平臺可輸出線位移可達厘米級、角位移可達5°大行程，運動精度可達亞微米級，運動耦合誤差小于5%。。
[0011]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0012]一種三自由度大行程柔性納米定位平臺，包括固定底座，所述固定底座上設置有運動平臺，所述運動平臺包括基座，基座的中部設置有終端平臺，所述運動平臺還包括第一X向柔性解耦件、第二 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件；
[0013]所述第一 X向柔性解耦件與第三X向柔性解耦件相對于運動平臺中心對稱；所述第二 X向柔性解耦件與第四X向柔性解耦件相對于運動平臺中心對稱；所述第一 Y向柔性解耦件與第三Y向柔性解耦件相對于運動平臺中心對稱，所述第二 Y向柔性解耦件與第四Y向柔性解耦件相對于運動平臺中心對稱；
[0014]第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件中分別內置有對應的X向驅動器X1、X向驅動器X2、Y向驅動器Yl及Y向驅動器Υ2。
[0015]所述固定底座包括呈中心對稱分布固定底座第一連接部、固定底座第二連接部、固定底座第三連接部及固定底座第四連接部；
[0016]所述基座包括基座本體，基座本體上設置有呈中心對稱分布的基座第一連接部、基座第二連接部、基座第三連接部及基座第四連接部；
[0017]所述終端平臺包括終端平臺本體，終端平臺本體上設置有呈中心對稱分布的終端平臺第一連接部、終端平臺第二連接部、終端平臺第三連接部及終端平臺第四連接部。四個連接部為與為與終端平臺相連的四個爪子式結構，旋轉方向呈90°陣列分布。
[0018]所述運動平臺總體呈旋轉布局結構。
[0019]進一步的，所述運動平臺包括:第一連接件、第二連接件、第三連接件和第四連接件；第一連接件與第一 X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及Y向驅動器Yl相連；第二連接件與第二 X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及X向驅動器Xl相連；第三連接件與第三X向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及Y向驅動器Υ2相連；第四連接件與第四X向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件及X向驅動器Χ2相連。
[0020]所述X向驅動器Xl與第二連接件及固定底座第一連接部相連；所述X向驅動器Χ2與第四連接件及固定底座第二連接部相連；所述Y向驅動器Yl與第一連接件及固定底座第一連接部相連；所述Y向驅動器Υ2與第三連接件及固定底座第一連接部相連。
[0021]第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件為矩形板簧；
[0022]第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件為雙級π型板簧。
[0023]所述第一 X向柔性解耦件沿X向延伸且分別與基座和第一連接件相連；所述第二X向柔性解耦件中雙級JT型板簧與終端平臺第二連接部、終端平臺第三連接部及第一連接件相連；所述第三X向柔性解耦件沿X向延伸且分別與基座和第三連接件相連；所述第四X向柔性解耦件中雙級JT型板簧與終端平臺第四連接部、終端平臺第一連接部及第二連接件相連；
[0024]所述第一 Y向柔性解耦件中雙級π型板簧與終端平臺第一連接部、終端平臺第二連接部及第一連接件相連；第二 Y向柔性解耦件沿Y向延伸且分別與基座和第二連接件相連；所述第三Y向柔性解耦件中雙級η型板簧與終端平臺第三連接部、終端平臺第四連接部及第二連接件相連；第四Y向柔性解耦件沿Y向延伸且分別與基座和第四連接件相連。
[0025]所述第一 X向柔性解耦件、所述第二 X向柔性解耦件、所述第三X向柔性解耦件、所述第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件均各自為對稱結構。
[0026]所述第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件結構完全相同。
[0027]所述第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件結構完全相同。
[0028]第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件的矩形板簧剛度遠大于第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件雙級π型板簧剛度。
[0029]本發明的有益效果:
[0030]1.所采用柔性解耦件中矩形板簧和雙級型板簧均為對稱結構，矩形板簧剛度大于雙級π型板簧剛度可解決XY方向的運動耦合。
[0031]2.運動平臺總體呈旋轉布局結構，第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件旋轉方向呈90°陣列；第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件旋轉方向呈90°陣列；進一步實現運動解耦。
[0032]3.采用雙級型板簧結構，相對于型板簧結構、對于普通的柔性鉸鏈輸出位移大大提高，配合音圈電機驅動運動行程大可達厘米級。
[0033]4.采用矩形板簧剛度大于雙級型板簧剛度，通過矩形板簧提供導向大大提高輸出位移精度。
[0034]5.本發明采用四個驅動器，XY方向各有兩個驅動器。當X方向兩個驅動器同向運動時可實現X向平動；當Y方向兩個驅動器同向運動時可實現Y向平動；當X方向兩個驅動器反向運動時可實現Z向轉動；當Y方向兩個驅動器反向運動時可實現Z向轉動；當乂方向兩個驅動器反向運動同時Y方向兩個驅動器反向運動可實現Z向更大角位移輸出。
[0035]6.XY方向各有兩個驅動器，可補償因加工誤差引起的結構不對稱缺陷。由于加工誤差原因會引起矩形型板簧，雙級π型板簧的結構無法完全對稱，對于超精密定位系統影響較大，傳統的單方向單入單出模式無法補償，而采用雙入單出模式控制兩個驅動實現與加工缺陷對等的輸出便可補償加工缺陷，消除因加工缺陷導致的耦合。
[0036]7.本發明具有結構緊湊，采用音圈電機驅動器內置于雙級型板簧中，大大減小了整個納米柔性平臺的尺寸，極大提高輸出位移空間與平臺空間的占比。
【附圖說明】
[0037]圖1為一個XY Θ三自由度大行程納米柔性定位平臺實施例裝置圖；
[0038]圖2