一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构制造技术

一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，它涉及精密仪器及机械技术领域。本发明专利技术解决了现有的柔性导向机构存在无法通过纯柔性机构实现大行程，高精度的导向功能，且无法克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题。本发明专利技术的直线电机驱动模块的动子与运动部件连接，两组负刚度复合结构组件对称设置在运动部件两侧，负刚度复合结构组件一端与运动部件侧面中部垂直连接，负刚度复合结构组件另一端与一组负刚度簧片固定组件连接，每个中部固定基座与两个中间连接体之间分别连接有一组外层导向结构，每个系统固定结构与两个中间连接体之间均分别通过一组折叠簧片结构连接。本发明专利技术在大行程直线运动中满足高精度要求，为光刻机提供高精度直线导向。为光刻机提供高精度直线导向。为光刻机提供高精度直线导向。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构


[0001]本专利技术涉及精密仪器及机械
，具体涉及一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构。

技术介绍

[0002]极紫外光刻机是现阶段拥有最小光刻分辨率的光刻机。该设备采用波长为13.5nm的极紫外光作为工作光源，对所有物质均不透明且折射率接近于1。因此极紫外光刻机的照明系统、物镜系统及运动系统等均需置于真空中。极紫外光刻机的运动系统导向机构需要在真空环境中实现长行程、高速、高加速及高精度运动。柔性机构以其精度高、无需冷却、无摩擦、无需润滑、以及无线缆等优点，成为极紫外光刻机运动系统导向机构的首选方案。而常见的柔性机构存在行程小、有回弹力等缺点。因此设计一种长行程恒力柔性导向机构，是极紫外光刻机中运动系统结构设计的关键。
[0003]公开号为CN 109990028 A、申请号为CN 201910217941.3的中国专利技术专利公开了一种恒力柔顺机构，具体公开了一种可以在一段行程内保持恒定的输出力的柔性机构，该机构包括基座和恒力单元；基座为边长相等的多边形，恒力单元包括固定端、输出端、簧片和导向杆。该项专利技术可以受力情况良好，可以输出波动小的恒力。但是需要有额外的导向装置作为导向机构。
[0004]公开号为CN 209887580 U、申请号为CN 201920363660.4的中国专利技术专利公开了一种轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统与柔性导向机构，该机构包括安装座和铰接于安装座上的摇臂，摇臂的两端和安装座之间均连接有第一柔性元件，摇臂上远离安装座的一端设有挂载轮、且位于挂载轮的两侧设有伸缩臂，伸缩臂的端部安装有侧导向轮；轨道式机器人及其轨道式行走装置、系统的本体上装设有至少一对前述柔性导向机构以及轨道行走驱动组件。该项专利技术可以使轨道式机器人平稳地转向。但是该机构需要导向轮作为辅助机构。
[0005]公开号为CN 104204966 B、申请号为CN 201380017783.8的中国专利技术专利公开了一种具有可移动框架的柔性擒纵机构，该结构是一种应用于钟表机芯的柔性机构，具体涉及一种用于机芯或钟表的擒纵机构，包括至少一个摆轮和至少一个擒纵轮。通过一体式柔性机构实现所述至少一个摆轮和所述至少一个擒纵轮之间的冲击传递，所述一体式柔性机构包括与所述至少一个擒纵轮或所述至少一个摆轮协作的至少一个触杆，其中，所述一体式柔性机构通过至少一个柔性片连接到所述钟表的固定结构，或者连接到所述至少一个擒纵轮。该项专利技术的柔性导向机构为单层结构，非工作方向刚度较差；同时该项专利技术为被动传动，无法实现主动控制。
[0006]公开号为CN 110296144 A、申请号为CN 201910344506.7的中国专利技术专利公开了一种零刚度柔性铰链，该结构包括负刚度模块、内外环柔性铰链和内环输出接口；通过设置菱形四杆机构和矩形片簧串等，抵消掉柔性铰链内外环转动产生的恢复力矩，能使铰链可以停留在行程范围内的任意位置；该专利技术实现了柔性旋转机构的零刚度，但是无法应用于
大行程直线导向机构中。
[0007]上述已有柔性导向机构的不足之处是无法通过纯柔性机构实现导向功能。但是对于EUV光刻机的运动系统，其所在的整体环境为真空，只有柔性机构可以适应此环境。同时为了保证运动的高速、高精度与稳定性，运动系统需要克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题，这就要求在EUV光刻机的运动系统中有一种可以在大行程中输出恒力的准零刚度柔性导向机构。
[0008]综上所述，现有的柔性导向机构存在无法通过纯柔性机构实现大行程，高精度的导向功能，且无法克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了解决现有的柔性导向机构存在无法通过纯柔性机构实现大行程，高精度的导向功能，且无法克服长行程柔性机构产生大变形回弹力带来的控制问题，进而提供一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构。
[0010]本专利技术的技术方案是：
[0011]一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，所准零刚度柔性导向结构述包括第一中间连接体1、第二中间连接体6、运动部件8、直线电机驱动模块13、两个中部固定基座9、两组负刚度复合结构组件10、两组负刚度簧片固定组件11、四组折叠簧片结构2、四个系统固定结构3、四组外层导向结构4和四组内层导向结构5，运动部件8为长方体结构，直线电机驱动模块13位于水平设置的运动部件8底部，直线电机驱动模块13的动子与运动部件8连接，直线电机驱动模块13的直线电机定子安装在系统平面上，第一中间连接体1和第二中间连接体6沿运动部件宽度方向水平对称设置在运动部件8的左右两侧，运动部件8一侧通过两组内层导向结构5与第一中间连接体1内侧端面连接形成第一闭环区域，运动部件8另一侧通过另外两组内层导向结构5与第二中间连接体6内侧端面连接形成第二闭环区域，两组负刚度复合结构组件10以运动部件8为中心水平对称设置在运动部件8两侧的第一闭环区域和第二闭环区域内，负刚度复合结构组件10一端与对应的运动部件8侧面中部垂直连接，负刚度复合结构组件10另一端与一组负刚度簧片固定组件11连接，所述负刚度簧片固定组件11安装在系统平面上，两个中部固定基座9沿运动部件8长度方向对称设置在运动部件8前后两侧，所述中部固定基座9安装在系统平面上，每个中部固定基座9与第一中间连接体1和第二中间连接体6之间分别垂直水平连接有一组外层导向结构4，第一中间连接体1和第二中间连接体6的前后两端均分别设有一个系统固定结构3，所述系统固定结构3安装在系统平面上，每个系统固定结构3与第一中间连接体1和第二中间连接体6之间均分别通过一组折叠簧片结构2连接。
[0012]进一步地，负刚度复合结构组件10、内层导向结构5、外层导向结构4、第一中间连接体1和第二中间连接体6相对于运动部件8构成双平行四杆构型直线导向模块。
[0013]进一步地，每组外层导向结构4包括两个外层导向簧片连接件42和若干片外层导向簧片41，平行设置的若干片外层导向簧片41沿运动部件8的长度方向由前至后依次均匀布置在第一中间连接体1与中部固定基座9之间或第二中间连接体6与中部固定基座9之间，外层导向簧片连接件42端面上加工有第一簧片安装槽a，外层导向簧片41插装在外层导向簧片连接件42的第一簧片安装槽a内，外层导向簧片连接件42固定安装在第一中间连接体
1、第二中间连接体6或中部固定基座9的端面上。
[0014]进一步地，每组内层导向结构5包括两个内层导向簧片连接件52和若干片内层导向簧片51，平行设置的若干片内层导向簧片51沿运动部件8的长度方向由前至后依次均匀布置在第一中间连接体1与运动部件8之间或第二中间连接体6与运动部件8之间，内层导向簧片连接件52端面上加工有第二簧片安装槽b，内层导向簧片51插装在内层导向簧片连接件52的第二簧片安装槽b内，内层导向簧片连接件52固定安装在第一中间连接体1、第二中间连接体6或运动部件8上。
[0015]进一步地，每组负刚度复合结构组件10包括两个扭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，其特征在于：所准零刚度柔性导向结构述包括第一中间连接体(1)、第二中间连接体(6)、运动部件(8)、直线电机驱动模块(13)、两个中部固定基座(9)、两组负刚度复合结构组件(10)、两组负刚度簧片固定组件(11)、四组折叠簧片结构(2)、四个系统固定结构(3)、四组外层导向结构(4)和四组内层导向结构(5)，运动部件(8)为长方体结构，直线电机驱动模块(13)位于水平设置的运动部件(8)底部，直线电机驱动模块(13)的动子与运动部件(8)连接，直线电机驱动模块(13)的直线电机定子安装在系统平面上，第一中间连接体(1)和第二中间连接体(6)沿运动部件宽度方向水平对称设置在运动部件(8)的左右两侧，运动部件(8)一侧通过两组内层导向结构(5)与第一中间连接体(1)内侧端面连接形成第一闭环区域，运动部件(8)另一侧通过另外两组内层导向结构(5)与第二中间连接体(6)内侧端面连接形成第二闭环区域，两组负刚度复合结构组件(10)以运动部件(8)为中心水平对称设置在运动部件(8)两侧的第一闭环区域和第二闭环区域内，负刚度复合结构组件(10)一端与对应的运动部件(8)侧面中部垂直连接，负刚度复合结构组件(10)另一端与一组负刚度簧片固定组件(11)连接，所述负刚度簧片固定组件(11)安装在系统平面上，两个中部固定基座(9)沿运动部件(8)长度方向对称设置在运动部件(8)前后两侧，所述中部固定基座(9)安装在系统平面上，每个中部固定基座(9)与第一中间连接体(1)和第二中间连接体(6)之间分别垂直水平连接有一组外层导向结构(4)，第一中间连接体(1)和第二中间连接体(6)的前后两端均分别设有一个系统固定结构(3)，所述系统固定结构(3)安装在系统平面上，每个系统固定结构(3)与第一中间连接体(1)和第二中间连接体(6)之间均分别通过一组折叠簧片结构(2)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，其特征在于：负刚度复合结构组件(10)、内层导向结构(5)、外层导向结构(4)、第一中间连接体(1)和第二中间连接体(6)相对于运动部件(8)构成双平行四杆构型直线导向模块。3.根据权利要求2所述的一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，其特征在于：每组外层导向结构(4)包括两个外层导向簧片连接件(42)和若干片外层导向簧片(41)，平行设置的若干片外层导向簧片(41)沿运动部件(8)的长度方向由前至后依次均匀布置在第一中间连接体(1)与中部固定基座(9)之间或第二中间连接体(6)与中部固定基座(9)之间，外层导向簧片连接件(42)端面上加工有第一簧片安装槽a，外层导向簧片(41)插装在外层导向簧片连接件(42)的第一簧片安装槽a内，外层导向簧片连接件(42)固定安装在第一中间连接体(1)、第二中间连接体(6)或中部固定基座(9)的端面上。4.根据权利要求3所述的一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，其特征在于：每组内层导向结构(5)包括两个内层导向簧片连接件(52)和若干片内层导向簧片(51)，平行设置的若干片内层导向簧片(51)沿运动部件(8)的长度方向由前至后依次均匀布置在第一中间连接体(1)与运动部件(8)之间或第二中间连接体(6)与运动部件(8)之间，内层导向簧片连接件(52)端面上加工有第二簧片安装槽b，内层导向簧片(51)插装在内层导向簧片连接件(52)的第二簧片安装槽b内，内层导向簧片连接件(52)固定安装在第一中间连接体(1)、第二中间连接体(6)或运动部件(8)上。5.根据权利要求4所述的一种基于复合结构的准零刚度柔性导向结构，其特征在于：每组负刚度复合结构组件(10)包括两个扭转式柔性铰链(101)、两个连接件(104)和若干层蝶形簧片单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏越，张银，赵博，吴剑威，晏祯卓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：