【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及位移台，尤其涉及一种基于柔性铰链的抬升机构及纳米级位移台。
技术介绍
1、相关技术中，纳米尺度操作系统在高精度测量与加工领域应用越来越广泛，纳米定位平台是纳米尺度操作系统中的重要组成部分，应用于扫描探针式显微镜、微纳3d打印、光刻机等设备。
2、但是，相关技术中的纳米定位平台采用串联式设计，结构复杂、尺寸较大，并采用弹簧提供固有频率较低的位移驱动力，导致纳米定位平台难以适配体积较大或形状复杂的负载，且难以实现高速运动，降低了纳米位移台的适用范围。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于：提供一种基于柔性铰链的抬升机构及纳米级位移台，旨在解决现有技术中纳米位移台的适用范围低的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于柔性铰链的抬升机构，包括：
4、柔性铰链体，所述柔性铰链体沿第一水平方向延伸，所述柔性铰链体上形成有沿第二水平方向贯穿其的变形槽，所述第一水平方向与所述第二水平方向相互垂直，所述变形槽与所述柔性铰链体的延伸方向一致；所述柔性铰链体包括支撑段、抬升段和两个变形段，所述支撑段、所述抬升段及两个所述变形段合围形成所述变形槽，所述抬升段和所述支撑段分设于所述变形槽沿z向的两侧，两个所述变形段沿所述第一水平方向间隔设置，所述抬升段沿所述第一水平方向的两端与所述支撑段沿所述第一水平方向的两端分别通过两个所述变形端连接；
5、两个固定铰链，两个所述固定
6、第一压电驱动件，所述支撑段的底部向上凹陷形成有安装槽，所述第一压电驱动件安装于所述安装槽，且所述第一压电驱动件的两端分别穿设于两个所述变形端并分别与两个所述固定铰链一一对应抵接，所述第一压电驱动件用于驱动两个所述固定铰链沿所述第一水平方向相背运动并推动两个所述变形段产生形变，以带动所述抬升段沿z向向上拱起。
7、可选地，上述基于柔性铰链的抬升机构中，所述抬升段包括多个抬升块和多个抬升铰链，多个所述抬升块和多个所述抬升铰链沿所述第一水平方向交错连接，以在各所述抬升铰链和与其相连的两个所述抬升块之间合围形成槽口朝上的变形凹槽；所述抬升段沿所述第一水平方向的两端均为所述抬升块，所述抬升块与对应的所述变形段连接。
8、可选地，上述基于柔性铰链的抬升机构中，各所述变形段通过一沿所述第一水平方向延伸的变形铰链与对应的所述抬升块连接，且所述变形铰链与所述抬升块的连接处靠近所述抬升块的顶部设置。
9、可选地，上述基于柔性铰链的抬升机构中，所述支撑段、所述变形铰链、两个所述变形段、多个所述抬升块及多个所述抬升铰链合围形成所述变形槽。
10、可选地，上述基于柔性铰链的抬升机构中，所述变形槽包括第一平直段、两个过渡段和两个第二平直段，所述第一平直段和所述第二平直段均沿所述第一水平方向延伸，两个所述第二平直段均设置于所述第一平直段的上方，且两个所述第二平直段分别设置于所述第一平直段的两端外侧，两个所述第二平直段分别通过两个所述过渡段与所述第一平直段的两端连接，所述过渡段自对应的所述第一平直段的端部朝对应的所述第二平直段弯折设置。
11、可选地，上述基于柔性铰链的抬升机构中，所述抬升机构还包括安装壳，所述安装壳具有一顶部开口的安装腔，所述柔性铰链体安装于所述安装腔内；所述固定铰链沿所述第二方向的两端分别凸出于所述变形段并与所述安装壳的内壁连接。
12、第二方面，本专利技术提供了一种纳米级位移台，包括底壳、安装框、载物台、x向位移机构、y向位移机构和如上述的基于柔性铰链的抬升机构，所述底壳具有一顶部开口的容纳腔，所述x向位移机构、所述y向位移机构和所述抬升机构均收容于所述容纳腔内；所述安装框层叠设置于所述底壳上方；所述载物台设置于所述安装框内，所述载物台的周向侧壁分别与所述x向位移机构和所述y向位移机构连接，所述载物台的底壁与所述抬升段的顶部抵接；其中，所述第一水平方向及所述第二水平方向均与x向及y向呈夹角设置。
13、可选地，上述纳米级位移台中，所述纳米级位移台还包括多个铰接支点，多个所述铰接支点沿所述安装框的周向连接于所述安装框的内侧，各所述x向位移机构沿y向的两侧以及所述y向位移机构沿x向的两侧均布设有所述铰链支点。
14、可选地，上述纳米级位移台中，所述x向位移机构包括第二压电驱动件和两个x向柔性铰链，两个所述x向柔性铰链分别设置于所述载物台沿x向的相对两侧；所述第二压电驱动件对应任一所述x向柔性铰链设置于所述底壳内，所述第二压电驱动件与其对应的所述x向柔性铰链之间通过第一连接片连接，所述第二压电驱动件用于驱动所述第一连接片沿x向移动，使所述x向柔性铰链产生形变以带动所述载物台沿x向移动。
15、可选地，上述纳米级位移台中，所述y向位移机构包括第三压电驱动件和两个y向柔性铰链，两个所述y向柔性铰链分别设置于所述载物台沿y向的相对两侧；所述第三压电驱动件对应任一所述y向柔性铰链设置于所述底壳内，所述第三压电驱动件与其对应的所述y向柔性铰链之间通过第二连接片连接，所述第三压电驱动件用于驱动所述第二连接片沿y向移动，使所述y向柔性铰链产生形变以带动所述载物台沿y向移动。
16、本专利技术提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
17、本专利技术提出的一种基于柔性铰链的抬升机构及纳米级位移台，基于柔性铰链的抬升机构通过柔性铰链体、第一压电驱动件和两个固定铰链，在两个固定铰链被第一压电驱动件驱动产生沿第一水平方向的位移后，使柔性铰链体的抬升段能够起拱并产生沿z向向上的位移，从而对与抬升段直接接触的物体如载物台产生沿z向且向上的位移，使z向的纳米级位移不用依靠多个串联的驱动机构实现，更利于控制与抬升段直接接触的物体在z向的抬升精度，且简化了纳米级的z向驱动结构，为纳米级位移台提供了体积更小且更利于控制的z向驱动机构，可以解决纳米位移台设计时，固有频率低以及传统传动机构很难小型化的问题，提高了应用本抬升机构的纳米位移台的适用范围；纳米级位移台通过将x向位移机构、y向位移机构和抬升机构分层布置，使纳米级位移台的装配结构紧凑，并将柔性铰链件作为传动结构与载物台共同运动，使载物台具有极高的固有频率，使纳米定位平台能够适配体积较大或形状复杂的负载，且能够实现高速运动，提高了纳米位移台的适用范围，另外，由于将x向位移机构、y向位移机构和抬升机构设置为并联关系，依靠各独立的柔性铰链结构实现解耦，降低了耦合误差，提高了纳米位移台的操作控制精度。
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1.一种基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述抬升段包括多个抬升块和多个抬升铰链，多个所述抬升块和多个所述抬升铰链沿所述第一水平方向交错连接，以在各所述抬升铰链和与其相连的两个所述抬升块之间合围形成槽口朝上的变形凹槽；所述抬升段沿所述第一水平方向的两端均为所述抬升块，所述抬升块与对应的所述变形段连接。
3.如权利要求2所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，各所述变形段通过一沿所述第一水平方向延伸的变形铰链与对应的所述抬升块连接，且所述变形铰链与所述抬升块的连接处靠近所述抬升块的顶部设置。
4.如权利要求3所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述支撑段、所述变形铰链、两个所述变形段、多个所述抬升块及多个所述抬升铰链合围形成所述变形槽。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述变形槽包括第一平直段、两个过渡段和两个第二平直段，所述第一平直段和所述第二平直段均沿所述第一水平方向延伸，两个所述第二平直段均设置于所述第一平直段的上方，
6.如权利要求1至4任一项所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述抬升机构还包括安装壳，所述安装壳具有一顶部开口的安装腔，所述柔性铰链体安装于所述安装腔内；所述固定铰链沿所述第二方向的两端分别凸出于所述变形段并与所述安装壳的内壁连接。
7.一种纳米级位移台，其特征在于，包括底壳、安装框、载物台、X向位移机构、Y向位移机构和如权利要求1至6任一项所述的基于柔性铰链的抬升机构，所述底壳具有一顶部开口的容纳腔，所述X向位移机构、所述Y向位移机构和所述抬升机构均收容于所述容纳腔内；所述安装框层叠设置于所述底壳上方；所述载物台设置于所述安装框内，所述载物台的周向侧壁分别与所述X向位移机构和所述Y向位移机构连接，所述载物台的底壁与所述抬升段的顶部抵接；其中，所述第一水平方向及所述第二水平方向均与X向及Y向呈夹角设置。
8.如权利要求7所述的纳米级位移台，其特征在于，所述纳米级位移台还包括多个铰接支点，多个所述铰接支点沿所述安装框的周向连接于所述安装框的内侧，各所述X向位移机构沿Y向的两侧以及所述Y向位移机构沿X向的两侧均布设有所述铰链支点。
9.如权利要求8所述的纳米级位移台，其特征在于，所述X向位移机构包括第二压电驱动件和两个X向柔性铰链，两个所述X向柔性铰链分别设置于所述载物台沿X向的相对两侧；所述第二压电驱动件对应任一所述X向柔性铰链设置于所述底壳内，所述第二压电驱动件与其对应的所述X向柔性铰链之间通过第一连接片连接，所述第二压电驱动件用于驱动所述第一连接片沿X向移动，使所述X向柔性铰链产生形变以带动所述载物台沿X向移动。
10.如权利要求9所述的纳米级位移台，其特征在于，所述Y向位移机构包括第三压电驱动件和两个Y向柔性铰链，两个所述Y向柔性铰链分别设置于所述载物台沿Y向的相对两侧；所述第三压电驱动件对应任一所述Y向柔性铰链设置于所述底壳内，所述第三压电驱动件与其对应的所述Y向柔性铰链之间通过第二连接片连接，所述第三压电驱动件用于驱动所述第二连接片沿Y向移动，使所述Y向柔性铰链产生形变以带动所述载物台沿Y向移动。
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述抬升段包括多个抬升块和多个抬升铰链，多个所述抬升块和多个所述抬升铰链沿所述第一水平方向交错连接，以在各所述抬升铰链和与其相连的两个所述抬升块之间合围形成槽口朝上的变形凹槽；所述抬升段沿所述第一水平方向的两端均为所述抬升块，所述抬升块与对应的所述变形段连接。
3.如权利要求2所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，各所述变形段通过一沿所述第一水平方向延伸的变形铰链与对应的所述抬升块连接，且所述变形铰链与所述抬升块的连接处靠近所述抬升块的顶部设置。
4.如权利要求3所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述支撑段、所述变形铰链、两个所述变形段、多个所述抬升块及多个所述抬升铰链合围形成所述变形槽。
5.如权利要求1至4任一项所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述变形槽包括第一平直段、两个过渡段和两个第二平直段，所述第一平直段和所述第二平直段均沿所述第一水平方向延伸，两个所述第二平直段均设置于所述第一平直段的上方，且两个所述第二平直段分别设置于所述第一平直段的两端外侧，两个所述第二平直段分别通过两个所述过渡段与所述第一平直段的两端连接，所述过渡段自对应的所述第一平直段的端部朝对应的所述第二平直段弯折设置。
6.如权利要求1至4任一项所述的基于柔性铰链的抬升机构，其特征在于，所述抬升机构还包括安装壳，所述安装壳具有一顶部开口的安装腔，所述柔性铰链体安装于所述安装腔内；所述固定铰链沿所述第二方向的两端分别凸出于所述变形段并与所述安装壳的内壁连接。
7.一种纳米级位移台，其特征在于，包括底...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈云龙，毕海，刘世昌，夏怀亮，黄泽铨，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：
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