一种具有大行程运动功能的微操作装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种具有大行程运动功能的微操作装置，使用时，先通过宏动平台模块进行大行程运动，然后再通过微动平台模块进行高精度定位。第一直线电机和第二直线电机能够实现x方向的大行程运动，第三直线电机和第四直线电机能够y方向的大行程运动；x、y、z三个自由度方向的线性位移器能实现微动平台模块在x、y、z三个自由度方向的高精度定位，误差小，精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种具有大行程运动功能的微操作装置
本技术属于微操作领域，涉及一种具有大行程运动功能的微操作装置。
技术介绍
当今，随着微操作纳米技术的出现和不断更新，操作的对象不断走向细型化。因此，在操作和加工的过程中，需要能够在大行程的范围内实现亚纳米级乃至纳米级的精密操作系统，尤其是在大规模集成电路制造中芯片的制造和封装；在微型和纳米器件的快速发展中，如细微器件的生产与拼装、生物机械中的细胞运动与分离、精密测量与加工等，都对微操作纳米技术的精度提出了很高的要求，而且科学技术的逐步发展方向是微型化和精密化，即设备更加微小和操作更加精密，微操作领域的发展很大程度的改变人类的生活方式，现如今各种微纳米机器人的研究成果的问世，各种微操作机器人产品的出现，大大方便了人们的生活。目前，由于传统的机械系统不能克服微操作领域所要求的同时满足大行程和高精度运动的操作；目前的微夹持平台多为单级驱动，不能够满足大行程运动的要求；而且国内现有的微夹持平台多为x、y二自由度。因此，设计一种宏微结合多自由度微夹持平台是至关重要的。
技术实现思路
本技术针对上述技术问题提供一种具有大行程运动功能的微操作装置，能够满足三自由度、大行程、高精度运动要求。本技术是通过以下技术方案来实现：一种具有大行程运动功能的微操作装置，包括宏动平台模块、微动平台模块和夹持器模块；宏动平台模块包括基座和中间横梁，基座上安装有第一直线电机和第二直线电机；中间横梁的一端与第一直线电机的驱动端连接，另一端与第二直线电机的驱动端连接；中间横梁的两侧安装有第三直线电机和第四直线电机，中间横梁上设置有滑动平台，滑动平台两侧分别与第三直线电机和第四直线电机的驱动端连接，第一动磁式直线电机和第二直线电机用于驱动中间横梁沿x方向运动，第三直线电机和第四直线电机用于驱动滑动平台沿y方向运动；微动平台模块包括固定在滑动平台上的x方向线性位移器，x方向线性位移器的滑块上固定有第一连接板，第一连接板上固定有y方向线性位移器，y方向线性位移器的滑块上固定有第二连接板，第二连接板上固定有z方向线性位移器，z方向线性位移器的滑块上固定有夹持平台；x方向线性位移器用于驱动第一连接板沿x方向运动，y方向线性位移器用于驱动第二连接板沿y方向运动，z方向线性位移器用于驱动夹持平台沿z方向运动；夹持器模块安装在夹持平台上。优选的，第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机和第四直线电机均为动磁式直线电机，中间横梁的一端与第一直线电机的第一铁块固定连接，另一端与第二直线电机的第二铁块固定连接；滑动平台两侧分别与第三直线电机的第三铁块和第四直线电机的第四铁块固定连接；使用时，四个动磁式直线电机的缠绕线圈连接同一个电源回路。进一步的，滑动平台两侧分别连接有第一平台滑块和第二平台滑块，第一平台滑块与第三直线电机的第三铁块固定连接，第二平台滑块与第四直线电机的第四铁块固定连接。优选的，基座上沿x方向固定有第一基座滑槽和第二基座滑槽，中间横梁两端底部分别固定有至少两个滑轮，两端的滑轮分别滑动设置在第一基座滑槽和第二基座滑槽中。优选的，x方向线性位移器包括平行设置的第一x方向线性位移器和第二x方向线性位移器，第一x方向线性位移器的第一x方向线性滑块和第二x方向线性位移器的第二x方向线性滑块分别与第一连接板底部连接。进一步的，第一连接板底部两侧设置有第一x方向滑槽和第二x方向滑槽，第一x方向线性位移器的第一x方向线性滑块与第一x方向滑槽固定连接，第二x方向线性位移器的第二x方向线性滑块与第二x方向滑槽固定连接。优选的，y方向线性位移器包括平行设置的第一y方向线性位移器和第二y方向线性位移器，第一y方向线性位移器的第一y方向线性滑块和第二y方向线性位移器的第二y方向线性滑块分别与第二连接板的底部连接。进一步的，第二连接板的底部两侧设置有第一y方向滑槽和第二y方向滑槽，第一y方向线性位移器的第一y方向线性滑块与第一y方向滑槽固定连接，第二y方向线性位移器的第二y方向线性滑块与第二y方向滑槽固定连接。优选的，z方向线性位移器包括第一斜面固定块、第二斜面固定块和支撑线性位移器；第二连接板的一端上部固定有平行设置的第一斜面固定块和第二斜面固定块，另一端上部通过滑槽滑动连接有被动滑块，第一斜面固定块和第二斜面固定块的倾斜面均与被动滑块相对设置；在第一斜面固定块和第二斜面固定块的倾斜面上分别固定设置第一倾斜线性位移器和第二倾斜线性位移器，被动滑块侧面沿z方向设置支撑线性位移器，第一倾斜线性位移器的第一倾斜线性滑块和第二倾斜线性位移器的第二倾斜线性滑块分别与夹持平台底部固定连接，支撑线性位移器的支撑线性滑块一端与夹持平台底部固定连接。进一步的，第一倾斜线性位移器和第二倾斜线性位移器的驱动方向为y方向和z方向，或者x方向和z方向。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术提出了一种宏动平台x、y方向运动一体化的模块化宏微双级驱动的三自由度微夹持平台，使用时，先通过宏动平台模块进行大行程运动，然后再通过微动平台模块进行高精度定位。第一直线电机和第二直线电机能够实现x方向的大行程运动，第三直线电机和第四直线电机能够y方向的大行程运动；x、y、z三个自由度方向的线性位移器能实现微动平台模块在x、y、z三个自由度方向的高精度定位，误差小，精度高。本技术模块化宏微双重驱动能够同时满足三自由度、大行程、高精度运动，解决了传统的机械系统不能克服微操作领域所要求的同时满足大行程和高精度运动的操作，且单级驱动的微夹持器不能满足大行程的需求，微夹持平台多为x、y二自由度运动的不足。并且本技术采用模块化设计，减少了再设计和再加工的成本，大大节省了产品的开发时间。进一步的，由于目前的宏微结合的多自由度微夹持平台是通过单自由度运动平台的叠加，这种组合式单自由度驱动平台的耦合误差大，精度低；目前基本没有将宏动平台做成一体化的微夹持平台。本技术采用动磁式直线电机，只需要给其铁块上的线圈通电即可实现驱动控制，因此四个动磁式直线电机只需要将缠绕线圈连接同一个电源回路即可实现同时控制，从而能够实现宏动部分x、y方向同时动作，实现宏动平台一体化，耦合误差小，在实现大行程运动的同时也能保证高精度定位，解决了组合式单自由度驱动平台的耦合误差大，精度低的问题。并且，采用磁式直线电机，可以减小驱动过程中的摩擦力。进一步的，中间横梁底部设置滑轮，可以协助中间横梁在第一直线电机和第二直线电机的驱动下沿x方向滑动，也可以防止中间横梁由于惯性作用运动到x方向位移极限发生碰撞。进一步的，设置两个x方向线性位移器，共同支撑第一连接板，可以更好的保证第一连接板的平衡及其平稳运动。进一步的，在第一连接板底部设置滑槽，在保证中间厚度的条件下，尽量降低第一连接板的重量，降低线性位移器的承重。进一步的，设置两个y方向线性位移器，共同支撑第二连接板，可以更好的保证第二连接板的平衡及其平稳运动。进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，包括宏动平台模块、微动平台模块(9)和夹持器模块(10)；/n宏动平台模块包括基座(1)和中间横梁(7)，基座(1)上安装有第一直线电机(3)和第二直线电机(13)；中间横梁(7)的一端与第一直线电机(3)的驱动端连接，另一端与第二直线电机(13)的驱动端连接；中间横梁(7)的两侧安装有第三直线电机(15)和第四直线电机(17)，中间横梁(7)上设置有滑动平台(8)，滑动平台(8)两侧分别与第三直线电机(15)和第四直线电机(17)的驱动端连接，第一动磁式直线电机(3)和第二直线电机(13)用于驱动中间横梁(7)沿x方向运动，第三直线电机(15)和第四直线电机(17)用于驱动滑动平台(8)沿y方向运动；/n微动平台模块(9)包括固定在滑动平台(8)上的x方向线性位移器，x方向线性位移器的滑块上固定有第一连接板(904)，第一连接板(904)上固定有y方向线性位移器，y方向线性位移器的滑块上固定有第二连接板(905)，第二连接板(905)上固定有z方向线性位移器，z方向线性位移器的滑块上固定有夹持平台(906)；x方向线性位移器用于驱动第一连接板(904)沿x方向运动，y方向线性位移器用于驱动第二连接板(905)沿y方向运动，z方向线性位移器用于驱动夹持平台(906)沿z方向运动；/n夹持器模块(10)安装在夹持平台(906)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，包括宏动平台模块、微动平台模块(9)和夹持器模块(10)；
宏动平台模块包括基座(1)和中间横梁(7)，基座(1)上安装有第一直线电机(3)和第二直线电机(13)；中间横梁(7)的一端与第一直线电机(3)的驱动端连接，另一端与第二直线电机(13)的驱动端连接；中间横梁(7)的两侧安装有第三直线电机(15)和第四直线电机(17)，中间横梁(7)上设置有滑动平台(8)，滑动平台(8)两侧分别与第三直线电机(15)和第四直线电机(17)的驱动端连接，第一动磁式直线电机(3)和第二直线电机(13)用于驱动中间横梁(7)沿x方向运动，第三直线电机(15)和第四直线电机(17)用于驱动滑动平台(8)沿y方向运动；
微动平台模块(9)包括固定在滑动平台(8)上的x方向线性位移器，x方向线性位移器的滑块上固定有第一连接板(904)，第一连接板(904)上固定有y方向线性位移器，y方向线性位移器的滑块上固定有第二连接板(905)，第二连接板(905)上固定有z方向线性位移器，z方向线性位移器的滑块上固定有夹持平台(906)；x方向线性位移器用于驱动第一连接板(904)沿x方向运动，y方向线性位移器用于驱动第二连接板(905)沿y方向运动，z方向线性位移器用于驱动夹持平台(906)沿z方向运动；
夹持器模块(10)安装在夹持平台(906)上。


2.根据权利要求1所述的具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，第一直线电机(3)、第二直线电机(13)、第三直线电机(15)和第四直线电机(17)均为动磁式直线电机，中间横梁(7)的一端与第一直线电机(3)的第一铁块(5)固定连接，另一端与第二直线电机(13)的第二铁块(14)固定连接；滑动平台(8)两侧分别与第三直线电机(15)的第三铁块和第四直线电机(17)的第四铁块固定连接；使用时，四个动磁式直线电机的缠绕线圈连接同一个电源回路。


3.根据权利要求2所述的具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，滑动平台(8)两侧分别连接有第一平台滑块和第二平台滑块，第一平台滑块与第三直线电机(15)的第三铁块固定连接，第二平台滑块与第四直线电机(17)的第四铁块固定连接。


4.根据权利要求1所述的具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，基座(1)上沿x方向固定有第一基座滑槽(6)和第二基座滑槽(11)，中间横梁(7)两端底部分别固定有至少两个滑轮，两端的滑轮分别滑动设置在第一基座滑槽(6)和第二基座滑槽(11)中。


5.根据权利要求1所述的具有大行程运动功能的微操作装置，其特征在于，x...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛正浩，赵秋节，何金洋，王少华，常红利，王英杰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61