專利名稱：一種二維微動平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)制造中的微操作技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種二維微動平臺。
背景技術(shù)：
高精度和高分辨率的精密微動工作臺在近代尖端工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位。它是直接影響精密、超精密切削加工水平、精密測量水平及超大規(guī)模集 成電路生產(chǎn)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中，二維解耦微工作臺是微操作機(jī)器人系統(tǒng)的一個重要的 基礎(chǔ)性部件，研究結(jié)構(gòu)簡單且運(yùn)動解耦的二維微動平臺對于研究高性能的微定位和微操作 系統(tǒng)具有重要的意義。目前，高精度的微動平臺多采用壓電致動器驅(qū)動柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，可以 實現(xiàn)亞微米級定位，但其行程太小，且多自由度間存在耦合運(yùn)動，控制難度大。為此人們進(jìn) 行了長期的探索，提出了多種多樣的改進(jìn)方案。例如，中國專利文獻(xiàn)公開了一種微型二維解 耦工作臺(200510023219. 4)，包括壓電陶瓷驅(qū)動器、X向杠桿放大機(jī)構(gòu)、Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)、 Y向運(yùn)動框架以及工作臺，所述工作臺通過柔性鉸鏈連接在X向杠桿放大機(jī)構(gòu)上，所述X向 杠桿放大機(jī)構(gòu)串聯(lián)在Y向運(yùn)動框架上，所述Y向運(yùn)動框架通過柔性鉸鏈連接在Y向杠桿放 大機(jī)構(gòu)上，所述工作臺還通過一組解耦直線導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與Y向運(yùn)動框架相連接，所述Y向運(yùn)動 框架還通過一組解耦直線導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與基板相連接，該方案雖然從一定程度上解決了現(xiàn)在技 術(shù)的部分問題，但是還存在如下缺陷首先，該方案Y向運(yùn)動框架通過一組解耦直線導(dǎo)向機(jī) 構(gòu)與基板相連接，該驅(qū)動方式導(dǎo)致整個系統(tǒng)占地較大，制作成本較高，不利于實施；另外，該 方案的Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)是通過驅(qū)動Y向運(yùn)動框架來使工作臺運(yùn)動的，運(yùn)動傳遞鏈長，控制 難度大，運(yùn)動精度難以保證；驅(qū)動Y向運(yùn)動框架時，X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和驅(qū)動器都和工作臺 一起進(jìn)行Y向運(yùn)動，運(yùn)動慣量大，影響系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，且系統(tǒng)耗能高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況，以利于實施為目標(biāo)、以X向和Y向均 直接驅(qū)動運(yùn)動平臺為切入點而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動耦合低、易于控制的二維微動平臺。本技術(shù)方案是一、一種二維微動平臺，包括基座、工作臺、包含有X向杠桿的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和 包含有Y向杠桿的Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動器，其工作臺通過若干柔性鉸鏈與基座相 連；其X向杠桿放大機(jī)構(gòu)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)分別與工作臺直接相連，且χ向杠桿放大機(jī)構(gòu) 與Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)相對于工作臺的對角線呈對稱設(shè)置；其驅(qū)動器分別設(shè)置在X向杠桿放 大機(jī)構(gòu)與Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)上。本發(fā)明將X、Y兩杠桿放大機(jī)構(gòu)設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)并相對工作臺對角線進(jìn)行對稱布 置，可以有效平衡X、Y杠桿放大機(jī)構(gòu)的不對稱剛度，進(jìn)而有效減小運(yùn)動耦合。二、為了進(jìn)一步解決由放大機(jī)構(gòu)所引起的平臺結(jié)構(gòu)和剛度不對稱性問題，可選擇 四個三自由度柔性鉸鏈，分別設(shè)置在工作臺的四個角上，以連接工作臺和基座，并且使遠(yuǎn)離 X向放大機(jī)構(gòu)和Y向放大機(jī)構(gòu)的柔性鉸鏈的剛度大于剛度相等的其它柔性鉸鏈。
三、為了進(jìn)一步抑制耦合運(yùn)動的傳遞，在有效減少耦合的同時，提高杠桿放大機(jī)構(gòu)的放大比，可在X向杠桿和Y向杠桿上靠近工作臺一端呈L型的拐角位置處均設(shè)置運(yùn)動解 耦槽。本發(fā)明的運(yùn)動傳遞機(jī)理是；當(dāng)驅(qū)動器在驅(qū)動電壓作用下發(fā)生變形，其與基座相連 的一端受基座約束，而與杠桿相連的另一端則有相應(yīng)的位移輸出，通過杠桿放大機(jī)構(gòu)驅(qū)動 微動平臺同方向運(yùn)動。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、X向和Y向均直接驅(qū)動平臺實現(xiàn)平面二維運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單 緊湊，利于實施；2、通過結(jié)構(gòu)對稱布置和若干柔性鉸鏈的剛度對稱設(shè)計，使X向和Y向均達(dá) 到了良好的解耦效果；3、在降低耦合的同時提高了運(yùn)動放大比，擴(kuò)大了微動平臺的工作行 程；4.解耦效果好，降低了超精密運(yùn)動控制的難度。


附圖為本發(fā)明的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-基座，2-X向杠桿，3-X向杠桿放 大機(jī)構(gòu)，4-Y向杠桿，5-Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)，6-驅(qū)動器，7、8、9、10-柔性鉸鏈，11 -運(yùn)動解耦槽， 12-工作臺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖所示實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步具體的說明。如附圖所示，本實施例包括基座(1)、工作臺(12)、包含有X向杠桿(2)的X向杠 桿放大機(jī)構(gòu)(3)和包含有Y向杠桿(4)的Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)、以及驅(qū)動器(6)，其工作 臺(12)通過柔性鉸鏈(7)、(8)、(9)、(10)與基座(1)相連；其X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)和Y 向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)分別與工作臺(12)直接相連，且X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)與Y向杠桿放 大機(jī)構(gòu)(5)相對于工作臺(12)的對角線呈對稱設(shè)置；其驅(qū)動器(6)分別設(shè)置在X向杠桿放 大機(jī)構(gòu)(3)與Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)上。四個柔性鉸鏈均為三自由度柔性鉸鏈，分別設(shè)置 在工作臺(12)的四個角上，且同時遠(yuǎn)離X向放大機(jī)構(gòu)(3)和Y向放大機(jī)構(gòu)⑷的柔性鉸鏈 (8)的剛度大于剛度相等的其它柔性鉸鏈(7)、(9)、(10)。X向杠桿⑵和Y向杠桿(4)上 靠近工作臺一端呈L型的拐角位置處均設(shè)置有運(yùn)動解耦槽(11)。在本實施例中，設(shè)計的平臺固有頻率達(dá)到365Hz，放大比和解耦效果如下表
權(quán)利要求
一種二維微動平臺，包括基座(1)、工作臺(12)、包含有X向杠桿(2)的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)和包含有Y向杠桿(4)的Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)、以及驅(qū)動器(6)，其特征在于所述的工作臺(12)通過若干柔性鉸鏈與基座(1)相連；所述的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)分別與工作臺(12)直接相連，且X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)與Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)相對于工作臺(12)的對角線呈對稱設(shè)置。所述的驅(qū)動器(6)分別設(shè)置在X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)與Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維微動平臺，其特征在于 所述的連接基座⑴和工作臺(12)的柔性鉸鏈為四個，均為三自由度柔性鉸鏈，分別 設(shè)置在工作臺(12)的四個角上，且同時遠(yuǎn)離X向放大機(jī)構(gòu)(3)和Y向放大機(jī)構(gòu)⑷的柔性 鉸鏈(8)的剛度大于剛度相等的其它柔性鉸鏈(7)、(9)、(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二維微動平臺，其特征在于所述的X向杠桿(2)和Y向杠桿(4)上靠近工作臺一端呈L型的拐角位置處均設(shè)置有 運(yùn)動解耦槽(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維微動平臺，包括基座(1)以及通過若干柔性鉸鏈與基座(1)相連的工作臺(12)，均與工作臺(12)相連接的包含有X向杠桿(2)的X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)和包含有Y向杠桿(4)的Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(5)，X向杠桿放大機(jī)構(gòu)(3)和Y向杠桿放大機(jī)構(gòu)(4)上分設(shè)的驅(qū)動器(6)。通過結(jié)構(gòu)對稱布置和若干柔性鉸鏈的剛度對稱設(shè)計，使X向和Y向均達(dá)到了良好的解耦效果，降低了超精密運(yùn)動控制的難度；在降低耦合的同時提高了運(yùn)動放大比，擴(kuò)大了微動平臺的工作行程；X向和Y向驅(qū)動在同一平面內(nèi)實現(xiàn)二維運(yùn)動，結(jié)構(gòu)緊湊，利于實施。
文檔編號B23Q1/44GK101837586SQ20101017596
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者潘立志, 肖曉暉 申請人:武漢大學(xué)