驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微驅(qū)動精密定位技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米科學(xué)的發(fā)展，新的納米材料、納米結(jié)構(gòu)逐漸被人們探索和發(fā)現(xiàn)，并顯示出非常廣闊的應(yīng)用前景。納米技術(shù)是人類對微觀世界探索認(rèn)識改造和利用的基本手段之一，其中，納米操作是納米技術(shù)的重要內(nèi)容。而作為微觀領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，微定位技術(shù)的發(fā)展水平直接影響到微觀領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展水平，其重要性不言而喻。目前，在如生物工程、聚合物操作、微創(chuàng)外科手術(shù)、掃描探針顯微鏡(SPM)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、微細(xì)加工、半導(dǎo)體制版的精密定位、微納操作等領(lǐng)域都要求定位平臺在有限的操作空間內(nèi)，實現(xiàn)高精度定位和操作的同時，也能擁有更大的操作范圍。微定位技術(shù)，即結(jié)合新型的運(yùn)動原理和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，利用微位移致動器驅(qū)動實現(xiàn)高精度定位和運(yùn)動的技術(shù)。
[0003]柔性鉸鏈憑借其無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動平滑、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)今多種微定位系統(tǒng)中廣泛使用?；谡郴淼奈⒍ㄎ黄脚_以柔性鉸鏈為導(dǎo)向傳動元件、以壓電陶瓷致動器為驅(qū)動源，它們具有高分辨率、高定位精度、尺寸小、無需潤滑、結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度大、能耗低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到廣泛應(yīng)用。
[0004]然而，目前較常見的粘滑驅(qū)動定位平臺中多采用平板柔性鉸鏈與平臺底座一體化制造，需要帶有尺寸較大復(fù)雜的放大機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動力的作用下，柔性鉸鏈在與底座平行的平面上運(yùn)動，經(jīng)由放大機(jī)構(gòu)放大傳輸后使平臺精確運(yùn)動。
[0005]由于現(xiàn)有的粘滑驅(qū)動定位平臺使用底座、柔性鉸鏈、放大機(jī)構(gòu)一體化制造，致使其尺寸比較大，但微觀領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境，往往對定位平臺的尺寸有一定的限制，大尺寸會限制微定位平臺的應(yīng)用范圍，從產(chǎn)業(yè)化的角度看，大尺寸的一體化制造也會增加生產(chǎn)成本；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造要去高、尺寸復(fù)雜的放大機(jī)構(gòu)，增大了微定位平臺的尺寸，產(chǎn)生摩擦的預(yù)緊力調(diào)節(jié)不方便，提高了裝配難度，同時降低了系統(tǒng)的精度和相應(yīng)速度；粘滑驅(qū)動原理利用動靜摩擦力之差來驅(qū)動運(yùn)動，輸出運(yùn)動的平臺，需要受到合適的摩擦力，由于制造誤差的存在，一體化制造無法保證該摩擦力恰好是合適的大小，因此需要增加另外的機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)摩擦力大小。但這又增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高了裝配難度，影響系統(tǒng)的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸微小、精度高的粘滑驅(qū)動定位平臺，使其擁有更廣闊的應(yīng)用空間、更優(yōu)秀的性能、更低的生產(chǎn)要求和成本。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺，包括運(yùn)動輸出微動平臺、平臺底座和設(shè)置于平臺底座內(nèi)部的驅(qū)動單元模塊，所述驅(qū)動單元模塊包括模塊架、設(shè)置于模塊架內(nèi)的導(dǎo)向傳動元件和與導(dǎo)向傳動元件上端相連的驅(qū)動源，所述導(dǎo)向傳動元件為柔性鉸鏈，該導(dǎo)向傳動元件的上端頂部與運(yùn)動輸出微動平臺接觸，該導(dǎo)向傳動元件的下端固定在模塊架上；
[0008]當(dāng)所述驅(qū)動源上施加一變化著的電壓時能夠發(fā)生形變，且形變發(fā)生的速率隨著所述電壓變化速率的增加而增加，所述驅(qū)動源的形變推動導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向發(fā)生移動，當(dāng)所施加的電壓為緩慢上升或緩慢下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上緩慢移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在摩擦力作用下獲得水平位移，當(dāng)所時間的電壓為迅速上升或迅速下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上迅速移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在慣性作用下相對模塊架靜止。
[0009]優(yōu)選的，所述柔性鉸鏈為垂直柔性鉸鏈或圓弧柔性鉸鏈。
[0010]優(yōu)選的，所述垂直柔性鉸鏈的底端連接模塊架的底部，頂端與運(yùn)動輸出微動平臺接觸，所述模塊架的側(cè)壁與導(dǎo)向傳動元件之間設(shè)置有空隙，垂直柔性鉸鏈在驅(qū)動源的作用下發(fā)生彈性形變，所述垂直柔性鉸鏈與運(yùn)動輸出微動平臺之間產(chǎn)生粘滑效應(yīng)。
[0011]優(yōu)選的，所述垂直柔性鉸鏈發(fā)生形變所在的平面垂直于運(yùn)動輸出微動平臺。
[0012]優(yōu)選的，運(yùn)動輸出微動平臺兩側(cè)分別設(shè)置有第一直線導(dǎo)軌和第二直線導(dǎo)軌，所述第一直線導(dǎo)軌和第二直線均采用交叉滾子導(dǎo)軌。
[0013]優(yōu)選的，第一直線導(dǎo)軌和第二直線導(dǎo)軌通過至少一個導(dǎo)軌固定螺釘安裝于平臺底座上。
[0014]優(yōu)選的，所述驅(qū)動源為堆疊型壓電陶瓷致動器。
[0015]優(yōu)選的，所述平臺底座中設(shè)有凹槽，且開口向上，驅(qū)動單元模塊設(shè)置于凹槽中。
[0016]優(yōu)選的，所述驅(qū)動單元模塊還包括用于對導(dǎo)向傳動元件和驅(qū)動源的裝配提供預(yù)緊力的驅(qū)動源預(yù)緊器，所述驅(qū)動源預(yù)緊器設(shè)置于驅(qū)動源外側(cè)。
[0017]優(yōu)選的，所述驅(qū)動源與驅(qū)動源預(yù)緊器之間設(shè)有防止保護(hù)所述驅(qū)動源不被驅(qū)動源預(yù)緊器頂碎的保護(hù)墊片。
[0018]優(yōu)選的，所述平臺底座底部設(shè)置有若干用于調(diào)節(jié)驅(qū)動單元模塊垂直方向位置的驅(qū)動模塊調(diào)節(jié)螺釘。
[0019]優(yōu)選的，所述平臺底座的一側(cè)設(shè)置有用于固定驅(qū)動單元模塊的旋緊螺釘。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下進(jìn)步之處:
[0021]本發(fā)明的特點(diǎn)是提出采用垂直柔性鉸鏈，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，尺寸微小，解決了尺寸問題，擴(kuò)大了應(yīng)用空間；與堆疊型壓電陶瓷裝配成一個模塊，裝配簡單，易于調(diào)節(jié)；垂直柔性鉸鏈與輸出運(yùn)動平臺直接接觸，無需放大機(jī)構(gòu)，精度高、響應(yīng)快；模塊化的設(shè)計，使調(diào)節(jié)摩擦力的機(jī)構(gòu)及其簡單，并且對驅(qū)動模塊整體微調(diào)，不進(jìn)入運(yùn)動傳遞的任何環(huán)節(jié)，精度和相應(yīng)速度不受影響。模塊化的設(shè)計，還使得平臺底座的結(jié)構(gòu)有很大程度的簡化，定位平臺整體的加工制造要求降低。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是粘滑驅(qū)動原理示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明實施例下的驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明實施例下的驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4是本發(fā)明實施例下的驅(qū)動單元模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是本發(fā)明實施例下的驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺的俯視圖。
[0028]圖6是圖5中A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0029]正如【背景技術(shù)】中所述，基于粘滑原理的微定位平臺以柔性鉸鏈為導(dǎo)向傳動元件、以壓電陶瓷致動器為驅(qū)動源，具有高分辨率、高定位精度、尺寸小、無需潤滑、結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛度大、能耗低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到廣泛應(yīng)用。
[0030]本發(fā)明公開了一種驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺，包括運(yùn)動輸出微動平臺、平臺底座和設(shè)置于平臺底座內(nèi)部的驅(qū)動單元模塊，所述驅(qū)動單元模塊包括模塊架、設(shè)置于模塊架內(nèi)的導(dǎo)向傳動元件和與導(dǎo)向傳動元件上端相連的驅(qū)動源，所述導(dǎo)向傳動元件為柔性鉸鏈，該導(dǎo)向傳動元件的上端頂部與運(yùn)動輸出微動平臺接觸，該導(dǎo)向傳動元件的下端固定在模塊架上；
[0031]當(dāng)所述驅(qū)動源上施加一變化著的電壓時能夠發(fā)生形變，且形變發(fā)生的速率隨著所述電壓變化速率的增加而增加，所述驅(qū)動源的形變推動導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向發(fā)生移動，當(dāng)所施加的電壓為緩慢上升或緩慢下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上緩慢移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在摩擦力作用下獲得水平位移，當(dāng)所時間的電壓為迅速上升或迅速下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上迅速移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在慣性作用下相對模塊架靜止。
[0032]下面將通過【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然的，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]請先參見圖1，圖1是粘滑驅(qū)動原理示意圖。粘滑驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動源、導(dǎo)向傳動裝置和運(yùn)動輸出微動平臺組成，圖中左側(cè)為電壓驅(qū)動信號，右側(cè)為相應(yīng)的粘滑系統(tǒng)在驅(qū)動信號下的運(yùn)動情況。在運(yùn)動初期，驅(qū)動電壓緩慢增加，驅(qū)動源向右伸長，推動導(dǎo)向傳動元件和運(yùn)動輸出微動平臺共同向右滑移ΔΧ ;當(dāng)驅(qū)動電壓緩慢增加達(dá)到最大值后，迅速從最大值減小至0，驅(qū)動源與導(dǎo)向傳動元件由于電壓的驟降，迅速返回原位置，而運(yùn)動輸出微動平臺由于質(zhì)量大，相應(yīng)產(chǎn)生較大的慣性沖擊力，超過了運(yùn)動輸出微動平臺與導(dǎo)向傳動元件之間的摩擦力，從而運(yùn)動輸出微動平臺由于慣性而停滯于原位置，幾乎不產(chǎn)生位移。這樣，在一個驅(qū)動周期內(nèi)，運(yùn)動輸出微動平臺相對原始位置發(fā)生了 ΛΧ的位移。對驅(qū)動源持續(xù)施加這種驅(qū)動信號，便可以實現(xiàn)運(yùn)動輸出微動平臺的單向運(yùn)動。這就是粘滑驅(qū)動原理。
[0034]采用施加電壓時伸長產(chǎn)生的位移量小的驅(qū)動源，如堆疊型壓電陶瓷致動器，其位移的分辨率高，可以達(dá)到納米級，因此，利用粘滑驅(qū)動原理能夠獲得納米甚至是亞納米級的定位精度。
[0035]請參照圖2，一種驅(qū)動單元模塊化粘滑驅(qū)動定位平臺，包括平臺底座1，為了克服傳統(tǒng)的粘滑驅(qū)動定位平臺將驅(qū)動源和導(dǎo)向傳動元件與置于平臺底座I上方與平臺底座一體設(shè)計而造成粘滑驅(qū)動定位平臺尺寸大的缺點(diǎn)，本實施例中將驅(qū)動源、導(dǎo)向傳動元件整合成驅(qū)動單元模塊。
[0036]所述驅(qū)動單元模塊2包括模塊架21，模塊架21內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)向傳動元件和與導(dǎo)向傳動元件上端相連接的驅(qū)動源，導(dǎo)向傳動元件為柔性鉸鏈。當(dāng)所述驅(qū)動源上施加一變化著的電壓時能夠發(fā)生形變，且形變發(fā)生的速率隨著所述電壓變化速率的增加而增加，所述驅(qū)動源的形變推動導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向發(fā)生移動，當(dāng)所施加的電壓為緩慢上升或緩慢下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上緩慢移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在摩擦力作用下獲得水平位移，當(dāng)所時間的電壓為迅速上升或迅速下降時，導(dǎo)向傳動元件的上端在水平方向上迅速移動，所述運(yùn)動輸出微動平臺在慣性作用下相對模塊架21靜止。
[0037]本發(fā)明開創(chuàng)性的在平臺底座I中設(shè)置凹槽，形成