两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台制造技术

本发明专利技术公开了两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括动台面，动台面下方间隙设有定台体，定台体内间隙设有动台体，动台体和动台面之间螺固有第一螺钉；动台体包括沿自身逆时针方向顺次垂直设置的第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘；定台体设有伸缩作用于第一边缘的第一驱动单元，伸缩作用于第二边缘的第二驱动单元和第三驱动单元，朝向第三边缘的第一传感器组件，朝向第四边缘的第二传感器组件和第三传感器组件；通过对第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元的电压控制的协调控制能实现动台面的两平动及一转动。本发明专利技术的优点是结构简单紧凑、工作台面大、大行程、无寄生位移、固有频率高、便于集成电容式位移传感器。

Two translational and one rotational large stroke uncoupled large hollow parallel piezoelectric micro-motion platform

The invention discloses two translational-rotational large-stroke uncoupled large-hollow parallel piezoelectric micro-motion platforms, including a moving platform, a fixed platform is arranged in the clearance below the moving platform, a moving platform is arranged in the clearance inside the fixed platform, and a screw is inherent in the first screw between the moving platform and the moving platform; the moving platform includes the first edge, the second edge, the third edge and the fourth edge arranged vertically in the counter-clockwise direction of itself. The fixed platform is equipped with a first driving unit telescoping on the first edge, a second driving unit telescoping on the second edge and a third driving unit telescoping on the second edge, a first sensor assembly facing the third edge, a second sensor assembly and a third sensor assembly facing the fourth edge, and a voltage control coordination between the first driving unit, the second driving unit and the third driving unit. The control system can realize two translations and one rotation of the moving table. The invention has the advantages of simple and compact structure, large working table, large stroke, no parasitic displacement, high natural frequency and easy integration of capacitive displacement sensor.

【技术实现步骤摘要】
两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台
本专利技术属于纳米定位
，涉及纳米定位系统中的微位移机构，特别涉及一种两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台。
技术介绍
压电微动平台是一种通过压电执行器驱动可产生弹性变形的柔性机构来传递位移与力的微位移机构。由于它没有铰链和轴承，所以不需要装配，不存在传动间隙，不产生摩擦与磨损；由于采用压电执行器驱动，故其位移分辨率可达到纳米级，响应时间可达到毫秒级，且刚度大、体积小、承载能力强。因此，它被广泛应用于精密加工与测试、光纤对接、微零件装配、细胞微操作等需要微/纳米定位的
中。如，在精密及超精密加工中，可实现刀具的微进给或加工误差的补偿；在精密测量中，可实现传感器的微调节；在扫描探针显微镜中，同微扫描探针相结合，可实现对微结构形貌的测量；在光纤对接中，可实现直径为几微米至十几微米的两光纤的精密对准；在MEMS（微机电系统）装配中，同微夹钳相结合，可将微轴、微齿轮装配成微部件；在生物工程中，同微冲击探针相结合，可向细胞注入或从细胞中提取相应成分。两平动（沿x、y向移动）一转动（绕z轴即沿z向旋转）三自由度压电微动平台的实现方式主要有叠加式、串联式与并联式三种。叠加式是先分别制作出可沿x、y、z向输出微位移的单一自由度的压电微动平台，然后再将三个平台在高度方向按层叠加起来，这种平台设计容易，在运动上无耦合（即当平台沿某方向运动时，不会在另一方向产生寄生位移），安装与预紧压电执行器方便，但体积大，结构不紧凑，固有频率低，各运动方向的性能参数需分别进行设计。串联式是先在产生某一方向运动的动平台（外动平台）中制作出可产生另一方向运动的动平台（中间动平台），再在中间动平台中制作出可产生最后一方向运动的动平台（内动平台），这种平台结构紧凑，各动平台在运动上也无耦合，但有效台面较小，安装与预紧用于驱动中间动平台及内动平台的压电执行器困难，各运动方向的性能参数也需要分别进行设计。并联式是采用同一个动平台来实现各方向的运动，安装与预紧压电执行器方便，各运动方向的性能参数可同时进行设计，综合性能优于叠加式与串联式，但现有并联式结构复杂、不紧凑，工作台面小，位移行程小，存在位移耦合，固有频率低，不易于集成位移传感器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种结构简单紧凑、工作台面大、位移行程大、无位移耦合、固有频率高、易于集成位移传感器两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面，动台面的下方间隙设有定台体，定台体内间隙设有动台体，动台体和动台面之间螺固有第一螺钉；动台体包括沿自身逆时针方向顺次垂直设置的第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘；定台体与第一边缘之间连有能弹性形变的第一导向单元；定台体与第二边缘之间分别连有能弹性形变的第二导向单元和第三导向单元；定台体与第三边缘之间连有能弹性形变的第四导向单元；定台体与第四边缘之间分别连有能弹性形变的第五导向单元和第六导向单元；第一导向单元内设有能向动台体方向伸缩的第一驱动单元，第二导向单元内设有能向动台体方向伸缩的第二驱动单元，第三导向单元内设有能向动台体方向伸缩的第三驱动单元。设垂直于动台面为z轴，第二驱动单元到第三驱动单元为x轴，以及垂直于x轴和z轴的为y轴。为优化上述技术方案，采取的措施还包括：上述的第四导向单元内设有朝向第三边缘的第一传感器组件，第五导向单元内设有朝向第四边缘的第二传感器组件，第六导向单元内设有朝向第四边缘的第三传感器组件。上述的第一导向单元、第二导向单元、第三导向单元、第四导向单元、第五导向单元和第六导向单元这六个导向单元的结构相同，包括连于动台体的第五刚性块，呈半框状罩设在第五刚性块外侧的框体，连于框体末端和第五刚性块之间的第一柔性薄板，在框体上沿着第一柔性薄板长度方向横向突出的第一凸部，连于第一凸部且垂直于第一柔性薄板的第二柔性薄板，设于定台体且连于第二柔性薄板另一端的第二凸部，第二凸部位于第一凸部和动台体之间；每个导向单元中的一对第二柔性薄板、框体同定台体构成单平行四连杆机构，进而相对的两个导向单元通过各自的一对第二柔性薄板、框体同定台体构成双平行四连杆机构，在给第一驱动单元施加电压以及在给第二驱动单元和第三驱动单元同时施加相同的电压时，动台体和动台面沿x向和y向输出严格的平动位移，而不会产生寄生位移。第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元这三个驱动单元的结构相同，包括设于框体内的桥式放大机构以及设于桥式放大机构内的压电执行器，压电执行器平行于第一柔性薄板；桥式放大机构包括分设于压电执行器两端的第一刚性块和第三刚性块，间隙设于压电执行器的两侧的第二刚性块和第四刚性块；顺次连接第一刚性块、第二刚性块、第三刚性块和第四刚性块的第三柔性薄板；第三柔性薄板的一端与压电执行器中段之间的距离小于第三柔性薄板的另一端与压电执行器端部之间的距离；当压电执行器通电压伸长时，压电执行器推动第一刚性块和第三刚性块彼此远离，第三柔性薄板被第一刚性块和第三刚性块拉直，继而第二刚性块和第四刚性块彼此远离，最终由第四刚性块通过第五刚性块推动动台体移动；由第三柔性薄板、第一刚性块、第二刚性块、第三刚性块和第四刚性块所构成的桥式放大机构能将压电执行器的输入位移放大10倍以上，从而能极大地扩大动台体及动台面的位移行程。第二刚性块螺固于框体，第四刚性块螺固于第五刚性块；第一传感器组件、第二传感器组件和第三传感器组件的结构相同，包括螺固于框体的基座，以及固设于基座且正对第五刚性块的传感器探头。上述的基座包括螺固于框体的第一板体，平行于第一板体且用于固连传感器探头的第二板体，第一板体和第二板体之间连有一对柔性折叠梁，一对柔性折叠梁中央的第一板体上设有第一螺纹孔，第一螺纹孔内旋设有末端顶于第二板体的调节螺钉。上述的定台体和框体设有连通第一螺纹孔的第一通孔，第一通孔的直径大于调节螺钉的直径。上述的定台体设有间隙容纳动台体的第一容纳槽，位于第一容纳槽边缘用于容纳框体的第二容纳槽，框体和第二柔性薄板间隙设于第二容纳槽内。上述的动台体为矩形框形状，动台体设有正对第四刚性块的第一沉孔，第一沉孔内设有旋置于第四刚性块的第二螺钉，框体设有正对第二刚性块的第二沉孔，第二沉孔内设有旋置于第二刚性块的第三螺钉；定台体设有方便第三螺钉置入的第二通孔。上述的动台体与动台面垂直设有中空孔。上述的动台体高出定台体、第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元的上表面，避免摩擦接触；桥式放大机构还包括顺次连接第一刚性块、第二刚性块、第三刚性块和第四刚性块的第四柔性薄板，第四柔性薄板平行间隙设于第三柔性薄板与压电执行器之间。桥式放大机构中一对平行设置的第三柔性薄板、第四柔性薄板同第二刚性块、第一刚性块构成单平行四连杆机构，而位于第二刚性块另一侧的一对平行设置的第三柔性薄板、第四柔性薄板同第二刚性块、第三刚性块也构成单平行四连杆机构，这两个单平行四连杆机构构成双平行四连杆机构；同样，位于第四刚性块两侧的第三柔性薄板、第四柔性薄板同第四刚性块、第一刚性块、第三刚性块也构成双平行四连杆机构，在压电执行器受到电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面(1），其特征是：所述的动台面(1）的下方间隙设有定台体(2），所述的定台体(2）内间隙设有动台体(4），所述的动台体(4）和所述的动台面(1）之间螺固有第一螺钉(11）；所述的动台体(4）包括沿自身逆时针方向顺次垂直设置的第一边缘(41）、第二边缘(42）、第三边缘(43）和第四边缘(44）；所述的定台体(2）与所述的第一边缘(41）之间连有能弹性形变的第一导向单元(101）；所述的定台体(2）与所述的第二边缘(42）之间分别连有能弹性形变的第二导向单元(102）和第三导向单元(103）；所述的定台体(2）与所述的第三边缘(41）之间连有能弹性形变的第四导向单元(104）；所述的定台体(2）与所述的第四边缘(41）之间分别连有能弹性形变的第五导向单元(105）和第六导向单元(106）；所述的第一导向单元(101）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第一驱动单元(51），所述的第二导向单元(102）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第二驱动单元(52），所述的第三导向单元(103）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第三驱动单元(53）。...

【技术特征摘要】
1.两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，包括用作承载物体的动台面(1），其特征是：所述的动台面(1）的下方间隙设有定台体(2），所述的定台体(2）内间隙设有动台体(4），所述的动台体(4）和所述的动台面(1）之间螺固有第一螺钉(11）；所述的动台体(4）包括沿自身逆时针方向顺次垂直设置的第一边缘(41）、第二边缘(42）、第三边缘(43）和第四边缘(44）；所述的定台体(2）与所述的第一边缘(41）之间连有能弹性形变的第一导向单元(101）；所述的定台体(2）与所述的第二边缘(42）之间分别连有能弹性形变的第二导向单元(102）和第三导向单元(103）；所述的定台体(2）与所述的第三边缘(41）之间连有能弹性形变的第四导向单元(104）；所述的定台体(2）与所述的第四边缘(41）之间分别连有能弹性形变的第五导向单元(105）和第六导向单元(106）；所述的第一导向单元(101）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第一驱动单元(51），所述的第二导向单元(102）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第二驱动单元(52），所述的第三导向单元(103）内设有能向动台体(4）方向伸缩的第三驱动单元(53）。2.根据权利要求1所述的两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，其特征是：所述的第四导向单元(104）内设有朝向第三边缘(43）的第一传感器组件(61），所述的第五导向单元(105）内设有朝向第四边缘(44）的第二传感器组件(62），所述的第六导向单元(106）内设有朝向第四边缘(44）的第三传感器组件(63）。3.根据权利要求2所述的两平动一转动大行程无耦合大中空并联压电微动平台，其特征是：所述的第一导向单元(101）、第二导向单元(102）、第三导向单元(103）、第四导向单元(104）、第五导向单元(105）和第六导向单元(106）的结构相同，包括连于动台体(4）的第五刚性块(71），呈半框状罩设在第五刚性块(71）外侧的框体(73），连于框体(73）末端和第五刚性块(71）之间的第一柔性薄板(72），在框体(73）上沿着第一柔性薄板(72）长度方向横向突出的第一凸部(74），连于第一凸部(74）且垂直于第一柔性薄板(72）的第二柔性薄板(75），设于所述的定台体(2）且连于第二柔性薄板(75）另一端的第二凸部(76），所述的第二凸部(76）位于所述的第一凸部(74）和动台体(4）之间；所述的第一驱动单元(51）、第二驱动单元(52）和第三驱动单元(53）的结构相同，包括设于框体(73）内的桥式放大机构(8）以及设于桥式放大机构(8）内的压电执行器(85），所述的压电执行器(85）平行于所述的第一柔性薄板(72）；所述的桥式放大机构(8）包括分设于所述的压电执行器(85）两端的第一刚性块(81）和第三刚性块(83），间隙设于所述的压电执行器(85）的两侧的第二刚性块(82）和第四刚性块(84）；顺次连接所述的第一刚性块(81）、第二刚性块(82）、第三刚性块(83）和第四刚性块(84）的第三柔性薄板(86）；所述的第三柔性薄板(86）的一端与所述的压电执行器(85）中段之间的距离小于第三柔性薄板(86）的另一端与所述的压电执行器(85）端部之间的距离；所述的第二刚性块(82）螺固于所述的框体(73），所述的第四刚性块(84）螺固于所述的第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉国，张圣贤，杨依领，娄军强，惠相君，周鹏飞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33