专利摘要

专利摘要

本发明公开一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台，包括微动平台基体，所述微动平台基体从下至上依次包括底板、中间部分以及顶层部分，所述中间部分的中央设置有两个传递梁：传递梁Ⅰ用于连接所述中间部分以及顶层部分的Y向两端的柔性铰链变形结构，传递梁Ⅱ用于连接所述中间部分以及顶层部分的X向两端的柔性铰链变形结构；所述顶层部分由外至内依次设置有柔性铰链变形结构、动平台以及输出平台，所述动平台中央设置有输出平台，所述输出平台两端分别通过杆杠放大机构连接有压电陶瓷驱动器。本发明柔性梁连接动平台的两个解耦部分，实现了驱动力的平均分配及解耦；采用两个音圈电机驱动，实现动平台在XY平面内高精度、大行程的运动。

权利要求

1.一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台,包括微动平台基体，其特征在于，所述微动平台基体从下至上依次包括底板、中间部分以及顶层部分；

所述底板的四个顶角上均布置有凸台，用于支撑所述顶层部分，相邻的两个所述凸台之间连接有平行板导向机构，所述平行板导向机构的中部设置有中央凸台，在所述底板的X向和Y向一端的中央凸台处分别布置一个音圈电机驱动器；

所述顶层部分由外至内依次设置有柔性铰链变形结构、动平台以及输出平台，所述柔性铰链变形结构由一个沿所述动平台对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链和两个沿所述动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链构成，两个沿所述动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链的两端连接所述凸台，中间连接传动构件，所述传动构件与所述平行板导向机构连为一体；

所述动平台中央设置有输出平台，所述输出平台两端分别通过杆杠放大机构连接有压电陶瓷驱动器；

所述中间部分的中央设置有两个传递梁，其中传递梁Ⅰ用于连接所述中间部分以及顶层部分的Y向两端的柔性铰链变形结构，其中传递梁Ⅱ用于连接所述中间部分以及顶层部分的X向两端的柔性铰链变形结构。

2.根据权利要求1所述的三自由度大行程微定位平台，其特征在于，所述一个沿动平台对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链和两个沿动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链的底部均设置有连接柔性铰链板簧开口两端的连接杆。

3.根据权利要求1所述的三自由度大行程微定位平台，其特征在于，所述底板上设置有定位孔。

4.根据权利要求1所述的三自由度大行程微定位平台，其特征在于，所述两个音圈电机驱动器相互垂直。

5.根据权利要求1所述的三自由度大行程微定位平台，其特征在于，所述两个压电陶瓷驱动器相互平行。

说明书

技术领域

本发明涉及微定位平台技术领域，尤其涉及一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台，特别是涉及一种基于音圈电机和压电陶瓷驱动的三自由度大行程、高精度、驱动力解耦的柔性微定位平台，应用于微电子制造、生物医疗工程、光学微装配及超精密加工等领域。

背景技术

随着微电子制造、生物医疗工程、光学微装配及超精密加工等领域的不断发展，这些领域对微定位平台也提出了更高的要求。目前的微定位平台技术已经取得了很大发展，但在响应速度、稳定性以及定位精度方面仍有较大提升空间，同时对多自由度运动平台也有着更为迫切的需求。

传统的机构通常采用运动副连接，由组合装配的方式构成，存在摩擦、需润滑、空回特性等缺点。现有的微定位平台广泛采用柔性铰链构件，利用杆件薄弱部分的可复位弹性形变来传递运动、力和能量，具有无机械摩擦、无间隙、无需润滑、运动平稳、灵敏度高等诸多优点，可实现小范围的精确角变形，同时搭配目前广泛采用的并联结构，克服了传统串联构型的误差累积严重、承载能力低、响应能力低等缺点，在小行程的精密定位平台技术方面已经取得了重大突破。

然而现有的以音圈电机或压电陶瓷驱动器作驱动元件、柔性铰链并联机构作支撑导轨的微定位平台仍然存在行程过小、体积较大，且由于驱动力分布和结构的限制在不同的运动方向间存在一定的耦合作用，严重影响了定位平台性能的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术中存在的问题而提供一种基于音圈电机和压电陶瓷驱动的驱动力解耦的大行程、高精度的三自由度微定位平台。采用对称布置的柔性铰链结构，实现了较大的工作行程；通过底层布置的梁型结构和顶层布置的柔性铰链约束结构，减少了驱动力对无关方向运动的影响，提高了平台的转动刚度；在顶层结构的中间通过对称布置的压电陶瓷驱动结构可实现平台绕垂直于XY平面中心线的转动。该定位平台具有行程较大、结构紧凑、运动和驱动力解耦的特点。

本发明的技术方案：一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台,包括微动平台基体，所述微动平台基体从下至上依次包括底板、中间部分以及顶层部分；

所述底板的四个顶角上均布置有凸台，用于支撑所述顶层部分，相邻的两个所述凸台之间连接有平行板导向机构，所述平行板导向机构的中部设置有中央凸台，在所述底板的X向和Y向一端的中央凸台处分别布置一个音圈电机驱动器；

所述顶层部分由外至内依次设置有柔性铰链变形结构、动平台以及输出平台，所述柔性铰链变形结构由一个沿所述动平台对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链和两个沿所述动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链构成，两个沿所述动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链的两端连接所述凸台，中间连接传动构件，所述传动构件与所述平行板导向机构连为一体；

所述动平台中央设置有输出平台，所述输出平台两端分别通过杆杠放大机构连接有压电陶瓷驱动器；

所述中间部分的中央设置有两个传递梁，其中传递梁Ⅰ用于连接所述中间部分以及顶层部分的Y向两端的柔性铰链变形结构，其中传递梁Ⅱ用于连接所述中间部分以及顶层部分的X向两端的柔性铰链变形结构。

所述一个沿动平台对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链和两个沿动平台对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链的底部均设置有连接柔性铰链板簧开口两端的连接杆。

所述底板上设置有定位孔。

所述两个音圈电机驱动器相互垂直。

所述两个压电陶瓷驱动器相互平行。

本发明的有益效果：采用柔性梁连接动平台的两个解耦部分，实现了驱动力的平均分配及解耦；采用两个音圈电机驱动，能够实现动平台在XY平面内高精度、大行程的运动；采用直角板簧片式柔性铰链并联结构作为解耦机构和位移传递机构，具有运动解耦、高精度、高稳定性、高固有频率等特点；采用平行板导向机构传递驱动力，提高了平台的转动刚度及运动精度；采用两个压电陶瓷驱动器驱动，在杠杆放大机构的放大功能作用下，能够实现输出平台绕垂直XY平面的中心线转动；微动平台采用冗余运动支链约束，有效提高运动平台的刚度和承载能力；平台采用解耦设计，易于进行运动控制、提高运动精度。

附图说明

图1是本发明施例的平面结构示意图；

图2是本发明施例的微动平台基体底板及中间部分的平面结构示意图；

图3是本发明施例的微动平台基体顶层部分的平面结构示意图。

图中：1、底板，2、音圈电机驱动器，3、传递梁Ⅰ，4、凸台，5、传递梁Ⅱ，6、平行板导向结构，7、平行铰链中央凸台，8、定位孔，9 10、柔性铰链，11、动平台，12、压电陶瓷驱动器，13、杠杆放大机构，14、输出平台，15、连接杆、16、传动构件。

具体实施方式

下面通过附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。

如图1至图3，一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台，包括微动平台基体，所述微动平台基体从下而上依次包括底板1、中间部分以及顶层部分，所述底板1上设置有定位孔8，在底板1的四个顶角上均布置有凸台4，用于支撑顶层部分；在相邻的两个凸台4之间连接有平行板导向机构6，平行板导向机构6的中部设置有中央凸台7，在所述底板1的X向和Y向一端的中央凸台7处分别布置一个音圈电机驱动器2，用于提供驱动力，所述两个音圈电机驱动2相互垂直。所述中间部分的中央设置有两个传递梁，其中传递梁Ⅰ3用于连接微动平台基体Y向两端的柔性铰链变形结构，其中传递梁Ⅱ5用于连接微动平台基体X向两端的柔性铰链变形结构，用以平衡动平台两端的驱动力，实现驱动力解耦，提高转动刚度；所述顶层部分由外至内依次设置有柔性铰链变形结构、动平台11以及输出平台14。所述柔性铰链变形结构由一个沿动平台11对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链10和两个沿动平台11对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链9构成，其中柔性铰链变形结构与动平台11通过直角板簧片式柔性铰链10相连接，动平台11与输出平台14通过杠杆放大机构13相连接；所述一个沿动平台11对称轴方向布置的直角板簧片式柔性铰链10和两个沿动平台11对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链9的底部均设置有连接柔性铰链板簧开口两端的连接杆15，用于消除柔性板簧片不必要的弯曲变形；所述两个沿动平台11对称轴方向对称布置的直角板簧片式柔性铰链9的两端连接所述凸台4，中间连接传动构件16，所述传动构件16与所述平行板导向机构6连为一体，用以传递驱动力至柔性铰链变形结构及动平台11；所述动平台11中央设置有输出平台14，所述输出平台14两端分别通过杆杠放大机构13连接有压电陶瓷驱动器12，所述两个压电陶瓷驱动,12相互平行，共同驱动输出平台14绕垂直XY平面的中心线转动。

本发明的工作原理：首先给两个压电陶瓷驱动器预加电压，使与其相对应的相连接的杠杆放大机构产生一个位移，并最终使输出平台处于平衡状态；

其次，通过给两个压电陶瓷驱动器同时加压或减压，可以使输出平台绕垂直XY平面的中心线转动；

最后，通过控制施加于音圈电机驱动器的电压，可使驱动力施加于动平台一侧的同时通过传递梁平衡施加于动平台的另一侧的柔性铰链处，从而实现动平台沿X或Y方向平动，并带动输出平台随之运动。

综上所述，本发明的输出平台不仅能够实现沿X向平动和Y向平动，还能实现绕其垂直于XY平面中心线的转动。且由于其传递梁及柔性铰链的解耦效果，大大减轻了其不同运动方向间的耦合效果。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

一种驱动力解耦的三自由度大行程微定位平台专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。