一种压电陶瓷驱动的三维微定位平台

1.本发明涉及微纳定位技术领域，具体是指一种三维微定位平台。


背景技术：

2.微纳定位技术是现代高新科技技术和现代工业化进程中的一项关键技术，在精密制造、超精测量、微操纵及柔性电子等诸多研巧领域有着广泛的应用。近年来，对微纳定位技术提出了大行程、高精度、小体积和快速响应等更高的要求，其中对定位精度和分辨率的要求达到了纳米量级。
3.微定位平台是精密定位技术领域中一个极为重要的组成部分，它可以在提供微米级行程的同时保持纳米级的分辨率。微定位平台的这一优势，使其成为精密定位技术领域中的重要研究方向之一，并产生了很多先进成果，推动传统加工工业中从几十微米的制造精度，到半导体加工及生物工程领域中的纳米级精度的巨大突破，极大的促进了二十一世纪所需的高精度定位技术的进步。相应的，不管是半导体器件的加工制备，还是各种高精度显微成像技术以及精密制造技术的进步，都对微定位平台提出了精度高、线性度高、迟滞小、刚性好、响应快速的要求，这些要求也是微定位平台的设计指标。目前，现有的微定位平台位移过小，导致适应范围较小，增加设备成本，且现有的微定位平台即使能够具有较大的行程位移，但其定位精度也会变低。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是现有的微定位平台位移行程、精度低的技术问题，提供一种行程位移大且精度高的压电陶瓷驱动的三维微定位平台。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种压电陶瓷驱动的三维微定位平台，所述的三维微定位平台包括上平台和下平台，所述的上平台和下平台之间靠四角设有支撑杆件，所述的上平台中设有通槽且在通槽中设有移动平台，所述的移动平台的四周侧壁分别设有柔性铰链一，所述的柔性铰链一远离移动平台的一端分别连接有水平导向机构，其中相邻两个所述的水平导向机构远离移动平台一侧连接有水平位移放大机构，所述的柔性铰链一为直角型柔性铰链且至少设置一片，所述的水平位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器一，所述的移动平台的底部设有纵向导向机构，所述的纵向导向机构的底端设有纵向位移放大机构，所述的纵向位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器二，所述的纵向位移放大机构上连接有u型固定座，所述的u型固定座固定设置在下平台上，所述的纵向导向机构与u型固定座连接。
6.作为改进，所述的支撑杆件采用柔性杆件或刚性杆件中的任意一种。
7.作为改进，所述的水平导向机构包括与柔性铰链一连接的移动块一，所述的移动块一上在与连接柔性铰链一一侧相邻的两侧壁上设有柔性铰链二，所述的柔性铰链二远离移动块一的一端与上平台连接，所述的柔性铰链二采用直角型柔性铰链且每侧至少设有一片。
8.作为改进，所述的水平导向机构采用多杆对称导向，所述的柔性铰链二每侧设置两片。
9.作为改进，所述的水平位移放大机构为桥式放大机构，包括分别与移动块一、上平台连接且相对设置的固定块一，两个所述的固定块一的两侧分别设有柔性铰链三，四个所述的柔性铰链三远离固定块一一侧连接有桥接块一，同侧两个所述的桥接块一在远离固定块一的一侧通过柔性铰链三连接有桥接块二形成闭环，所述的压电陶瓷驱动器一设置在两个所述的桥接块二之间。
10.作为改进，所述的柔性铰链三采用单片直角型柔性铰链。
11.作为改进，所述的纵向导向机构包括设置在移动平台下方的移动块二，所述的移动块二与移动平台之间留有一定间隙，所述的移动块二的两侧与u型固定座之间设有柔性铰链四，所述的柔性铰链四至少包括一片直角型柔性铰链。
12.作为改进，所述的纵向导向机构采用多杆对称导向，所述的柔性铰链四每侧设置两片。
13.作为改进，所述的纵向位移放大机构包括一级放大机构和二级放大机构，所述的二级放大机构与所述的移动块二及u型固定座连接，所述的一级放大机构与二级放大机构穿插设置且位移方向相互垂直，所述的二级放大机构包括两个分别与移动块二、u型固定座连接且相对设置的固定块二，两个所述的固定块二在与u型固定座相对的两侧上分别设有柔性铰链五，四个所述的柔性铰链五远离固定块二的一端连接有桥接块三，同侧两个所述的桥接块三通过柔性铰链五连接有桥接块四形成闭环，两个所述的桥接块四的侧壁上在同侧两个所述的桥接块三之间相对设有固定块三，所述的一级放大机构包括两个分别与固定块三连接的固定块四，两个所述的固定块四在与固定块三连接的一侧相邻两竖直侧面上分别设有柔性铰链六，四个所述的柔性铰链六远离固定块四的一端设有桥接块五，同侧两个所述的桥接块五通过柔性铰链六连接有桥接块六形成闭环，两个所述的桥接块六之间设有压电陶瓷驱动器二。
14.作为改进，所述的柔性铰链六为v型柔性铰链。
15.本发明与现有技术相比的优点在于：
16.①
本发明通过将驱动器与放大机构配合，扩大了移动平台的位移范围，通过驱动器与二级放大机构配合，使z轴向的位移范围大幅扩大，使其能够满足更多的位移需要，扩大产品适应范围，可减少企业设备开支；
17.②
本发明通过采用多连杆对称导向机构，具体地采用连杆对称式，使其在兼顾位移行程的同时考虑整体结构刚度，能够最大程度的消除耦合误差以及寄生位移对定位精度的影响，提高定位精度；
18.③
本发明纵向位移采用二级放大结构实现二级放大，且一级放大机构采用v型柔性铰链、二级放大机构采用直角型柔性铰链，可提高放大机构的放大比，实现大的位移行程；
19.④
本发明整体结构紧凑、连接稳定。
20.上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明的结构示意图一。
23.图2是本发明的结构示意图二。
24.图3是本发明的主视图。
25.图4是本发明的俯视图。
26.图5是本发明的局部结构主视图。
27.图6是本发明的局部结构示意图。
28.图7是本发明纵向位移放大机构的结构示意图。
29.图8是本发明纵向位移放大机构的俯视图。
30.图9是本发明上平台的结构示意图。
31.图10是本发明上平台的俯视图。
32.如图所示：1、上平台；2、下平台；3、支撑杆件；4、u型固定座；5、移动平台；6、柔性铰链一；7、移动块一；8、柔性铰链二；9、压电陶瓷驱动器一；10、柔性铰链六；11、固定块一；12、桥接块一；13、桥接块二；14、柔性铰链四；15、桥接块四；16、桥接块三；17、桥接块六；18、固定块三；19、固定块二；20、桥接块五；21、压电陶瓷驱动器二；22、固定块四；23、柔性铰链三；24、移动块二；25、柔性铰链五。
具体实施方式
33.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
36.结合图1-图10，一种压电陶瓷驱动的三维微定位平台，其特征在于：三维微定位平台包括上平台1和下平台2，上平台1和下平台2之间靠四角设有支撑杆件3，支撑杆件3采用柔性杆件或刚性杆件中的任意一种，上平台1中设有通槽且在通槽中设有移动平台5，移动平台5的四周侧壁分别设有柔性铰链一6，柔性铰链一6远离移动平台5的一端分别连接有水平导向机构，其中相邻两个水平导向机构远离移动平台5一侧连接有水平位移放大机构，柔性铰链一6为直角型柔性铰链且至少设置一片，水平位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器一9，移动平台5的底部设有纵向导向机构，纵向导向机构的底端设有纵向位移放大机构，纵向位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器二21，纵向位移放大机构上连接有u型固定座4，u型
固定座4固定设置在下平台2上，纵向导向机构与u型固定座4连接。
37.水平导向机构包括与柔性铰链一6连接的移动块一7，移动块一7上在与连接柔性铰链一6一侧相邻的两侧壁上设有柔性铰链二8，柔性铰链二8远离移动块一7的一端与上平台1连接，柔性铰链二8采用直角型柔性铰链且每侧至少设有一片，水平导向机构采用多杆对称导向，柔性铰链二8每侧设置两片。
38.水平位移放大机构为桥式放大机构，包括分别与移动块一7、上平台1连接且相对设置的固定块一11，两个固定块一11的两侧分别设有柔性铰链三23，柔性铰链三23采用单片直角型柔性铰链，四个柔性铰链三23远离固定块一11一侧连接有桥接块一12，同侧两个桥接块一12在远离固定块一11的一侧通过柔性铰链三23连接有桥接块二13形成闭环，压电陶瓷驱动器一9设置在两个桥接块二13之间。
39.纵向导向机构包括设置在移动平台5下方的移动块二24，移动块二24与移动平台5之间留有一定间隙，移动块二24的两侧与u型固定座4之间设有柔性铰链四14，柔性铰链四14至少包括一片直角型柔性铰链，纵向导向机构采用多杆对称导向，柔性铰链四14每侧设置两片。
40.纵向位移放大机构包括一级放大机构和二级放大机构，二级放大机构与移动块二24及u型固定座4连接，一级放大机构与二级放大机构穿插设置且位移方向相互垂直，二级放大机构包括两个分别与移动块二24、u型固定座4连接且相对设置的固定块二19，两个固定块二19在与u型固定座4相对的两侧上分别设有柔性铰链五25，四个柔性铰链五25远离固定块二19的一端连接有桥接块三16，同侧两个桥接块三16通过柔性铰链五25连接有桥接块四15形成闭环，两个桥接块四15的侧壁上在同侧两个桥接块三16之间相对设有固定块三18，一级放大机构包括两个分别与固定块三18连接的固定块四22，两个固定块四22在与固定块三18连接的一侧相邻两竖直侧面上分别设有柔性铰链六10，柔性铰链六10为v型柔性铰链，四个柔性铰链六10远离固定块四26的一端设有桥接块五20，同侧两个桥接块五20通过柔性铰链六10连接有桥接块六17形成闭环，两个桥接块六17之间设有压电陶瓷驱动器二21。
41.实施例
42.结合图1-图10，一种压电陶瓷驱动的三维微定位平台，三维微定位平台包括上平台1和下平台2，上平台1和下平台2之间靠四角设有支撑杆件3，支撑杆件3采用刚性杆件，其上下两侧端部均设有螺纹孔，上平台1和下平台2上均设有对应的沉头螺纹孔，通过拧入螺栓使上平台1、下平台2及支撑杆件3连接固定，上平台1中设有通槽且在通槽中设置移动平台5，移动平台5的四周侧壁分别设有柔性铰链一6，柔性铰链一6为直角型柔性铰链且每侧平行设置两片，柔性铰链一6的另一端连接水平导向机构，其中相邻两个水平导向机构远离移动平台5一侧连接有水平位移放大机构，水平位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器一9，移动平台5的底部设有纵向导向机构，纵向导向机构的底端设有纵向位移放大机构，纵向位移放大机构中设有压电陶瓷驱动器二21，纵向位移放大机构上连接有u型固定座4，u型固定座4的底端及下平台2上设有相配合的沉头孔，通过螺栓将u型固定座4固定在下平台2上，纵向导向机构与u型固定座4连接。
43.水平导向机构包括与柔性铰链一6连接的移动块一7，移动块一7与设有柔性铰链一6一侧相邻的两侧壁上与上平台1之间设有柔性铰链二8，柔性铰链二8采用直角型柔性铰
链且每侧平行设置两片，即四杆对称导向。
44.水平位移放大机构为桥式放大机构，包括分别与移动块一7、上平台1连接且相对设置的固定块一11，两个固定块一11的两侧分别设有柔性铰链三23，柔性铰链三23采用单片直角型柔性铰链，四个柔性铰链三23远离固定块一11一侧连接有桥接块一12，同侧两个桥接块一12在远离固定块一11的一侧通过一片柔性铰链三23连接有桥接块二13形成闭环，压电陶瓷驱动器一9设置在两个桥接块二13之间。
45.纵向导向机构包括设置在移动平台5下方的移动块二24，移动块二24与移动平台5之间留有0.1mm的间隙，移动块二24的两侧与u型固定座4之间设有柔性铰链四14，柔性铰链四14每侧设置两片直角型柔性铰链，即采用四杆对称导向。
46.纵向位移放大机构包括一级放大机构和二级放大机构，二级放大机构与移动块二24及u型固定座4连接，一级放大机构与二级放大机构穿插设置且位移方向相互垂直，二级放大机构包括两个分别与移动块二24、u型固定座4连接且相对设置的固定块二19，两个固定块二19在与u型固定座4相对的两侧上分别设有柔性铰链五25，四个柔性铰链五25远离固定块二19的一端连接有桥接块三16，同侧两个桥接块三16通过柔性铰链五25连接有桥接块四15形成闭环，两个桥接块四15的侧壁上在同侧两个桥接块三16之间相对设有固定块三18，一级放大机构包括两个分别与固定块三18连接的固定块四22，两个固定块四22在与固定块三18连接的一侧相邻两竖直侧面上分别设有柔性铰链六10，柔性铰链六10为v型柔性铰链，四个柔性铰链六10远离固定块四22的一端设有桥接块五20，同侧两个桥接块五20通过柔性铰链六10连接有桥接块六17形成闭环，两个桥接块六17之间设有压电陶瓷驱动器二21。
47.上平台1和纵向位移放大机构均采用电火花一体化线切割加工成型。
48.工作原理：上平台上包括x向移动及y向移动，x向或y向平台的压电陶瓷在压电陶瓷驱动器一的作用下产生输入位移，经过水平放大机构放大后传递至水平导向机构，该输出位移通过与移动平台连接的柔性铰链传递给移动平台，使其完成x方向的进给运动，纵向位移放大机构即z向平台的压电陶瓷在压电陶瓷驱动器的作用下，在一级放大机构的输入端处产生位移，经过一级放大机构的放大作用放大了压电陶瓷产生的位移，该位移从一级放大机构的输出端传递至二级放大机构的输入端，经过二次放大后，从二级桥式放大机构的输出端处将最终的位移传递至纵向导向机构，该导向机构抵消空隙间距后最终将位移传递至移动平台，推动其完成z向的进给运动。
49.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。