專利名稱：一種二維非耦合納米運動平臺機構的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于納米級位移輸出及定位技術領域，具體地說是一種利用壓電陶瓷
驅動的二維非耦合納米運動平臺機構。該平臺機構在兩個一維壓電陶瓷驅動器的驅動下， 可以實現二維非耦合的納米級運動。
背景技術：
隨著納米技術的興起和迅猛發展，高精度，高分辨率，高可靠性的納米級運動平臺 系統在微機電系統、納米制造技術、微電子及納米電子技術、納米生物工程等眾多高科技領 域將發揮越來越重要的作用。 傳統用于納米級運動平臺的機構形式主要有機械傳動式(如滑動導軌和滾動導 軌等)、摩擦傳動式、彈性變形式、壓電元件式等。但普遍存在著位移分辨率低、有間隙或多 維運動耦合等問題。因而在研究精確納米操作、加工、裝配技術上受到了很大的制約。
實用新型內容針對上述存在的技術問題，為了實現二維非耦合、無間隙納米尺度位移輸出及定
位，本實用新型提供一種基于壓電陶瓷驅動的二維非耦合納米運動平臺機構。 本實用新型采用的技術方案如下 —種二維非耦合納米運動平臺機構，包括動平臺及內外框架，之間通過柔性導向 連接筋板交錯連接構成一體化結構，即內框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導向 連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導向連接筋板；在動平臺與內邊框及內外 邊框間的另一對邊框上分別對稱設有壓電陶瓷驅動器和預緊驅動彈簧，壓電陶瓷驅動器與 外控制器連接。 所述的柔性導向連接筋板是由若干個板并列構成。所述的壓電陶瓷驅動器為一維 壓電陶瓷驅動器。 在外加電壓控制下，壓電陶瓷驅動器和預緊彈簧會產生伸縮驅動力，克服柔性導 向連接筋板阻力，推動動平臺或內框架運動。由于壓電陶瓷驅動器位移具有納米/亞納米 分辨率，柔性導向連接筋板的導向作用使得動平臺的XY運動無耦合，從而通過控制兩個壓 電陶瓷驅動器的驅動電壓，實現動平臺XY面內的納米級二維非耦合運動。 本實用新型的有益效果 1.采用柔性筋板連接方式，無機械傳動裝置，可實現無間隙運動。 2.采用壓電陶瓷驅動，可達到納米/亞納米驅動位移分辨率。 3.采用分離框架與柔性筋板連接結構，可實現XY運動獨立。 4.采用壓電陶瓷與預緊驅動彈簧組合的驅動方式，降低了平臺的驅動控制設計難 度，提高了平臺整體的可裝配性和可控性。 5.采用對稱多柔性筋板作為連接導向裝置，可實現平臺運動的平穩精確導向，整 體結構簡單緊湊。
圖1為本實用新型的結構示意圖。 圖2為圖1中平臺機構主體結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳述。 實施例如圖1、圖2所示，本實用新型包括動平臺3及內框架4、外框架6，之間通 過柔性導向連接筋板1交錯連接構成一體化結構，即內框架4的一對稱邊框與動平臺3間 連接有柔性導向連接筋板1，另一對稱邊框與外邊框6間連接有柔性導向連接筋板；在動平 臺3與內邊框4及內邊框4與外邊框6間的另一對邊框上分別對稱設有壓電陶瓷驅動器5 和預緊驅動彈簧2，壓電陶瓷驅動器5與外控制器連接。 本例所述的柔性導向連接筋板1是由多個薄片板并列構成，在工作中可有微小 變形。壓電陶瓷驅動器5為一維壓電陶瓷驅動器，其運動時無耦合。外控制器型號為 PVC-300C2控制器。 如圖2所示，本實用新型的平臺機構主體結構采用電火花線切割加工成一體結 構。在動平臺3及內框架4、外框架6上安裝壓電陶瓷驅動器5和預緊驅動彈簧2的邊框上 開有凹槽，在凹槽一端部預留有裝配凸臺7，其大小與所安裝的部件相配合， 一維壓電陶瓷 驅動器5和預緊驅動彈簧2分別安裝在動平臺3與內框架4、內框架4與外框架6之間，固 定于所開凹槽內的預留裝配凸臺7位置。 本實用新型的工作原理如圖1所示，PVC-300C2控制器的驅動電壓施加于壓電陶 瓷驅動器5，產生預定運動方向的運動位移，在驅動電壓增加時，壓電陶瓷驅動器5伸長，克 服柔性導向連接筋板l以及預緊驅動彈簧2的阻力，使得動平臺3產生正向的位移輸出(X、 Y軸方向的運動原理相同)；在驅動電壓減小時，壓電陶瓷驅動器5收縮，動平臺3在柔性導 向連接筋板1及預緊驅動彈簧2的作用下，跟隨壓電陶瓷驅動器5反向運動，使動平臺3產 生反向位移。通過控制XY向的壓電陶瓷驅動器5的伸長縮短運動，可以實現動平臺3XY面 內的納米級二維非耦合運動。
權利要求一種二維非耦合納米運動平臺機構，其特征在于包括動平臺及內外框架，之間通過柔性導向連接筋板交錯連接構成一體化結構，即內框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導向連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導向連接筋板；在動平臺與內邊框及內外邊框間的另一對邊框上分別對稱設有壓電陶瓷驅動器和預緊驅動彈簧，壓電陶瓷驅動器與外控制器連接。
2. 根據權利要求1所述的二維非耦合納米運動平臺機構，其特征在于所述的柔性導 向連接筋板是由若干個板并列構成。
3. 根據權利要求1所述的二維非耦合納米運動平臺機構，其特征在于所述的壓電陶 瓷驅動器為一維壓電陶瓷驅動器。
專利摘要一種二維非耦合納米運動平臺機構，屬于納米級位移輸出及定位技術領域。包括動平臺及內外框架，之間通過柔性導向連接筋板交錯連接構成一體化結構，即內框架的一對稱邊框與動平臺間連接有柔性導向連接筋板，另一對稱邊框與外邊框間連接有柔性導向連接筋板；在動平臺與內邊框及內外邊框間的另一對邊框上分別對稱設有壓電陶瓷驅動器和預緊驅動彈簧，壓電陶瓷驅動器與外控制器連接。本實用新型采用分離框架與柔性筋板連接結構，使XY軸向運動獨立，實現平臺運動的平穩精確導向，整體結構簡單緊湊。壓電陶瓷驅動器與預緊驅動彈簧組合的驅動方式，可達到納米/亞納米驅動位移分辨率，降低平臺的驅動控制設計難度，提高了平臺整體的可裝配性和可控性。
文檔編號G12B5/00GK201444405SQ20092001596
公開日2010年4月28日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者丁曉輝, 劉柱, 周磊, 董再勵 申請人:中國科學院沈陽自動化研究