一种基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台，包括具有对称的传递支链和运动平台组成，每个传递支链包括一个杠杆机构，两个导向机构和两个解耦机构，杠杆机构以直圆形柔性铰链为支点实现位移一级放大，并将放大位移通过杠杆机构输出端传递给导向机构，导向机构由两个对称复合柔性梁组成，其复合柔性梁由四根柔性梁构成，解耦机构由四根直柔性梁组成，通过直柔性梁形变，减少耦合位移；运动平台设计成凸起的结构，其内部为空心圆柱形，与柔性梁相连的外部四个面为平面，易实现位移传感器的实时监测与控制。该实用新型专利技术结构紧凑、固有频率高、解耦性能好，可用于微机械操作、医疗机械、超精密加工、航空航天等领域。

A two dimensional micro positioning platform driven by piezoelectric ceramic

The utility model discloses a two-dimensional micro-positioning platform driven by piezoelectric ceramics, which consists of a symmetrical transmission branch and a moving platform. Each transmission branch consists of a lever mechanism, two guiding mechanisms and two decoupling mechanisms. The lever mechanism uses a straight circular flexible hinge as the fulcrum to realize the first-order displacement amplification. The amplified displacement is transmitted to the guiding mechanism through the output of the lever mechanism. The guiding mechanism is composed of two symmetrical composite flexible beams. The composite flexible beams are composed of four flexible beams. The decoupling mechanism is composed of four straight flexible beams. The inner part is hollow cylindrical and the outer four surfaces connected with the flexible beam are plane. It is easy to realize the real-time monitoring and control of the displacement sensor. The utility model has the advantages of compact structure, high natural frequency and good decoupling performance, and can be used in the fields of micromechanical operation, medical machinery, ultra-precision machining, aerospace and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台
本技术属于精密工程领域，所设计的二维微定位平台可用于微机械操作、医疗机械、超精密加工、航空航天等领域。
技术介绍
随着纳米技术的发展，二维微定位平台在微机械操作、医疗机械、超精密加工、航空航天等前沿领域得到极大了发展。在微机械操作的研究中，可以使大规模的集成电路的线宽达到亚微米级。在医疗机械的研究中，可以实现对细胞进行亚微米级的精细微调、分离和重组。在超精密加工领域中，能够获得准确的加工形体和高质量的外形。由于研究领域的不断深入，对微定位平台的要求也逐渐提高，要求其定位精度高，行程大和响应速度快，同时为了减少两个方向之间的相互影响，提高定位精度，要求解耦性能好。柔性机构通过柔性构件的弹性形变，进而转换运动、力或能量的一种新型结构，柔性机构具有无摩擦、无间隙、加工简单和运动灵敏度高等优点，压电陶瓷驱动器具有纳米级分辨率、体积小、响应速度快和输出力大等优点，可以将这些优点用于二维微定位平台的设计。目前针对基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台结构设计在国内外已有大量的研究，具有代表性的有串联结构的二维微定位平台和并联结构的二维微定位平台。串联结构二维微定位平台定位精度高和解耦性好，但是两个方向的固有频率不同，使得两个方向响应速度不同，不能达到同步操作；并联结构的二维微定位平台固有频率高，响应速度快，但两个方向同时运动时，其中一个方向会对另一个方向产生影响，降低定位精度。综上所述，为解决上述存在的一些问题，需设计一种具有固有频率高、解耦性能好、响应速度快的并联二维微定位平台。
技术实现思路
本技术的目的在于设计一种具有响应速度快、解耦性能好，固有频率高的基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台。本技术采用的技术方案如下：包括具有对称的传递支链和运动平台组成，每个传递支链包括一个杠杆机构，两个导向机构和两个解耦机构，杠杆机构以直圆形柔性铰链为支点实现位移一级放大，并将放大位移通过杠杆机构输出端传递给导向机构，导向机构由两个对称复合柔性梁组成，其复合柔性梁由四根柔性梁构成，解耦机构由四根直柔性梁组成，通过直柔性梁形变，减少耦合位移。二维微定位平台的运动平台设计成凸起结构，其内部为空心圆柱形，外部与柔性梁相连的四个面为平面，作为位移传感器监测的面，便于实现位移传感器的实时监测与控制。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本技术设计的二维微定位平台，其杠杆机构是以直圆形柔性铰链为支点的一级位移放大机构，能够把压电陶瓷输出位移进行一级放大；(2)本技术设计的二维微定位平台，导向机构由两个对称的复合柔性梁结构组成，其中复合柔性梁由四根柔性梁组成，解耦机构采用对称的四根直柔性梁，这样具有较大的刚度和高固有频率，减少两个方向的耦合，提高定位精度；(3)本技术设计的二维微定位平台，运动平台设计成如图1中3所示的凸起结构，内部为空心圆柱形，外部与解耦机构接触的四个面为平面，作为位移传感器测量的面，便于实现位移传感器的实时测量与控制。附图说明图1是二维微定位平台的结构示意图；图2是二维微定位平台y方向驱动的传递支链结构示意图；图3是二维微定位平台x方向驱动的传递支链结构示意图；图1中，1表示固定基座，2表示导向柔性梁，3、5、6分别表示直圆型柔性铰链，4表示直柔性梁，7表示运动平台，8表示定位孔，9表示压电陶瓷驱动器槽口，10表示压电陶瓷接线端凹槽；图2中，11和14表示y方向驱动的导向机构，12表示y方向驱动的杠杆机构，13和15表示y方向驱动的解耦机构；图3中，16和18表示x方向驱动的导向机构，17和20表示x方向驱动的解耦机构，19表示x方向驱动的杠杆机构。具体实施方式为了更好地理解本技术，下面结合附图对其作进一步地描述。根据如图1二维微定位平台的结构示意图所示，本技术主要的由2个完全对称的传递支链和一个运动平台组成，由于结构关于轴对称，就其中y方向驱动的传递支链进行详细阐述实施方式，压电陶瓷在图1中9处压电陶瓷驱动器槽口施加位移，3、5、6的直圆型柔性铰链分别表示图2中杠杆机构12的输出端、驱动端和支点，通过杠杆机构实现输入位移的一级放大，再通过杠杆机构的输出端3将放大位移传递给图2中的导向机构11和14，每个导向机构由复合柔性梁组成，增大了二维微定位平台的刚度，提高了响应速度，再由导向机构将输出位移传递给运动平台7，当运动平台7在y方向运动时，会使x方向产生耦合位移，降低定位精度，此时在图2中，通过由直柔性梁组成的解耦机构13和15的形变减少x方向的耦合位移，提高定位精度。同样对另一个方向的传递支链以压电陶瓷进行驱动，实现平台x方向的定位，通过解耦机构减少y方向产生的耦合位移。二维微定位平台的运动平台7整体设计成凸起结构，内部设计成空心圆柱形，外部与直柔性梁接触的四个面为平面，在平台运动时便于用位移传感器进行实时的监测和控制。固定基座1和定位孔8是将微定位平台进行固定。上述虽然结合附图对本技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台，其特征在于，包括具有对称的传递支链和一个运动平台组成，每个传递支链包括一个杠杆机构，两个导向机构和两个解耦机构，杠杆机构以直圆形柔性铰链为支点实现位移一级放大，并将放大位移通过杠杆机构输出端传递给导向机构，导向机构由两个对称复合柔性梁组成，其复合柔性梁由四根柔性梁构成，解耦机构由四根直柔性梁组成，通过直柔性梁形变，减少耦合位移；运动平台设计成凸起结构，其内部为空心圆柱形，与柔性梁相连的外部四个面为平面，易实现位移传感器的实时监测与控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电陶瓷驱动的二维微定位平台，其特征在于，包括具有对称的传递支链和一个运动平台组成，每个传递支链包括一个杠杆机构，两个导向机构和两个解耦机构，杠杆机构以直圆形柔性铰链为支点实现位移一级放大，并将放大位移通过杠杆机构输出端传递给导...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明立，张星星，胡俊峰，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：新型
国别省市：江西,36