专利名称：一种双并联平行解耦柔性微定位机构的制作方法
技术领域：
本发明属于机械领域的微操作系统，具体为一种双并联平行解耦柔性微定位机构。该微定位机构基于压电陶瓷驱动，具有两个自由度，可实现两个直线平移动作，主要应用于压印光刻领域。
背景技术：
纳米压印光刻技术是一种全新的纳米图形复制方法，其优势十分明显，具有强大竞争力，从根本上展示了纳米器件生产的广阔前景，在2003年底被国际半导体蓝图机构规划为下一代32纳米节点光刻工艺的关键技术。定位平台或工作台一直是传统光刻系统的关键部分。现有的用于光刻系统的精密定位平台多采用气浮系统，由线性 步进电机驱动，如稽钧生，X射线光刻机中应用的精密定位工作台(航空精密制造技术，1998年34卷3期，10 12)中介绍的罗斯普拉纳尔光刻机和朱煜等，光刻机超精密工作台研究(电子工业专用设备，2004年109期，25 27)中介绍的国内第一套气浮精密定位工作台。滚珠式导轨和螺纹丝杠驱动机构结合形式的精密定位机构驱动速度难以达到光刻系统工作台的速度要求，应用范围受到限制。而采用步进电机通过摩擦机构驱动，由滚珠导轨带动工作台的精密定位系统，难以克服运动间歇、低速爬行和高速振动、机械稳定建立时间长、无法达到高的运动定位精度等弊病。Lee Deug Woo等,用于纳米压印光刻过程中的自动对准系统的研究(Lee Deug Woo, Lee Chae Moon, Chee DongHwan.A study on auto alignment system of Nanoimprint Lithography(NIL)process.Proceedings of thelst International Conference on Positioning TechnologyJapan:Hamamatsu, 2004.97 101)中介绍的半球式空气轴承压印机利用气流阀控制压力，通过半球形的空气轴承实现承片台的平行度调整，成本低、结构简单，但调整精度有待提高。另外，采用压电陶瓷与直线电机复合驱动方式的新型精密定位系统，虽然有效的提高了纳米压印装备的定位精度、减小了系统稳定时间，但现有压印设备中末端执行件的平行度调整均采用被动方式，即通过柔性材料在压印过程中产生的弹性变形实现承片台位姿的自适应调整，限制了压印精度和质量的提高，例如B.J.Choi等，步进闪光压印光刻定位平台的设计，(B.J.Choi, S.V.Sreenivasan, S.Jonhson, M.Colburn, C.G.Wilson, Designof orientation stage for step and flash imprint lithography, Precision Engineering, 2001, 25(3): 192-199.)、Jae-Jong Lee 等，用于制备 IOOnm 线宽特征的纳米压印光刻设备的设计与分析(Jae-Jong Lee, Kee-Bong Choi, Gee-Hong Kim, Design andanalysis of the single-step nanoimprinting lithography equipment for sub-100nmlinewidth, Current Applied Physics2006, 6:1007 - 1011.)中就报道了此种类型的设备及相关技术。也有些研究者采用被动适应、主动找平及手工调整相结合的方式，如:范细秋等，宽范围高对准精度纳米压印样机的研制(中国机械工程，2005年，16卷增刊，64-67)、严乐等，冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制(中国机械工程，2004年，15卷I期，75-78)中报道的此类精密定位工作台设计；而另一些研究者则另辟新径，比如，董晓文等，气囊气缸式紫外纳米压印系统的设计(半导体光电，2007年，28卷5期，676-684)中介绍的气囊式柔性定位机构，基于气体压强控制可靠性和灵活性，可以方便的实现定位平台的空间多自由度调整。除此之外，全球各大压印光刻设备商业机构在纳米压印定位系统研制方面的发展也有目共睹。2008年，欧洲信息化技术研究委员会成功开发了第一代商用级紫外纳米压印光刻设备。同年10月，全球领先的纳米压印设备供应商SUSS宣布，其手动光刻机外加一个纳米压印组件，便可以对大面积图形重复进行亚50纳米的压印。综上所述，现有用于纳米压印光刻工艺的精密定位工作台多采用自适应调整结构，即基于材料本身的弹性特性实现压印过程中承载台的位姿调整。自适应调整精密系统虽然结构简单、紧凑和成本低廉，但其定位精度，尤其平行度的调整精度较低，限制了加工精度和质量的提高。而另外一些精密定位机构虽然引入了主动调整机构，但仍采用压电陶瓷直接驱动方式，它只有部分自由度实现了主动的调整，并且该方法也受到补偿压印过程中平行度误差的限制。因此，采用主动调整精密定位系统提高压印过程中的定位精度，实现有效的平行度误差补偿是一项具有挑战意义的新课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种双并联平行解耦柔性微定位机构。该定位机构基于压电陶瓷驱动，具有二自由度，可实现两个直线平移动作，并具有高精度、结构紧凑、无误差积累、无机械摩擦和无间隙等特点。本发明解决所述技术问题的技术方案是:设计一种双并联平行解耦柔性微定位机构，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该定位机构主要包括一个动平台、四个柔性支链、两个压电陶瓷驱动器、一个刚性支撑架和一个底座；所述刚性支撑架为“田”字形结构，四个刚性边的中线位置分别向内部延展出用于支撑中心位置处动平台的刚性支撑梁，四个刚性边的中线位置外侧刚性连接围绕在所述刚性支撑架外部的四个柔性支链；所述动平台为正方形结构，设置在所述刚性支撑架的中心位置，动平台的四个边分别与所述的“田”字形刚性支撑架四个刚性边中线位置向内部延展出的刚性支撑梁相连接；所 述柔性支链为矩形结构，四个柔性支链的结构完全相同，均匀分布于所述刚性支撑架的外侧；所述四个柔性支链中的每一个柔性支链在所述刚性支撑架的四个顶角的外侧位置通过螺栓刚性连接于所述底座上。每一个柔性支链均由内、外两部分构成，内部为双四杆柔性机构,外部为双平行四边形柔性机构，所述双四杆柔性机构位于所述双平行四边形柔性机构和所述动平台所包围区域的内部，所述双平行四边形柔性机构和所述动平台围绕在所述双四杆柔性机构的四周，其中所述双四杆柔性机构由三个竖直梁和左右对称的两个横梁结构组成，左侧从上向下均匀分布两个水平横梁，右侧从上向下均匀分布两个水平横梁，所述四个水平横梁结构尺寸完全相同，在所述每个水平横梁的左、右两端分别分布一个水平设置的单自由度柔性铰链，所述双四杆柔性机构上共分布结构完全相同的八个水平设置的单自由度柔性铰链；所述双平行四边形柔性机构由一个水平刚性横梁和左右对称的两个竖直梁结构组成，所述水平刚性横梁位于所述两个竖直梁结构的下方，左侧从左向右均匀分布两个竖直梁，右侧从左向右均匀分布两个竖直梁，所述四个竖直梁结构尺寸完全相同，在所述每个竖直梁的上、下两端分别分布一个竖直设置的单自由度柔性铰链，所述双平行四边形柔性机构上共分布结构完全相同的八个竖直设置的单自由度柔性铰链；所述双四杆柔性机构包括从左向右分布的三个刚性竖梁，左刚性竖梁与中刚性竖梁之间从上向下分布的两个柔性横梁，右刚性竖梁和中刚性竖梁之间从上向下分布的两个柔性横梁，所述的中刚性竖梁位于所述双四杆柔性机构的对称线处，所述双四杆柔性机构通过所述中刚性竖梁连接于所述刚性支撑架的刚性边中线位置，所述双四杆柔性机构通过所述左刚性竖梁和右刚性竖梁与所述双平行四边形柔性机构相连，所述双四杆柔性机构为左右对称结构，所述中刚性竖梁左右两侧的结构完全相同，所述左刚性竖梁与中刚性竖梁之间从上向下分布的两个柔性横梁上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁从左至右依次开有第一组半圆凹槽，第二组半圆凹槽，所述下柔性横梁从左至右依次开有第三组半圆凹槽和第四组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；同样道理，所述右刚性竖梁与中刚性竖梁之间从上向下分布的两个柔性横梁上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁从左至右依次开有第五组半圆凹槽，第六组半圆凹槽，所述下柔性横梁从左至右依次开有第七组半圆凹槽和第八组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；所述双平行四边形柔性机构包括从左向右分布的第一柔性竖梁，第二柔性竖梁，第三柔性竖梁，第四柔性竖梁以及位于所述四个柔性竖梁下方的一个刚性横梁，所述第一，第二柔性竖梁位于所述双四杆柔性机构的左侧，所述第三、第四柔性竖梁位于所述双四杆柔性机构的右侧，所述的位于所述双四杆柔性机构左侧的第一，第二柔性竖梁和所述的位于所述双四杆柔性机构右侧的第三、第四柔性竖梁也是关于所述双四杆柔性机构的中刚性竖梁左右对称分布的，所述第一，第四柔性竖梁上部末端通过螺纹刚性连接于所述底座上，所述第二、第三柔性竖梁上部末端分别与所述双四杆柔性机构的左刚性竖梁和右刚性竖梁连接，所述的四个柔性竖梁下部末端均连接于所述刚性横梁上，所述四个柔性竖梁上均从上向下依次开有半圆凹槽，所述第一柔性竖梁从上至下依次开有第九组半圆凹槽，第十组半圆凹槽，所述第二柔性竖梁从上至下依次开有第十一组半圆凹槽，第十二组半圆凹槽，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于柔性竖梁的左、右两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性竖梁的中线左右对称分布；同样道理，所述第三柔性竖梁从上至下依次开有第十三组半圆凹槽，第十四组半圆凹槽，所述第四柔性竖梁从上至下依次开有第 十五组半圆凹槽，第十六组半圆凹槽，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于柔性竖梁的左、右两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性竖梁的中线左右对称分布；分别在位于所述动平台下方和左侧的柔性支链上安装所述压电陶瓷驱动器，位于所述动平台下方柔性支链上的压电陶瓷驱动器水平放置，右侧末端(工作端)顶在所述双平行四边形柔性机构的第一柔性竖梁上，位于所述动平台左侧柔性支链上的压电陶瓷驱动器竖直放置，下部末端(工作端)顶在所述双平行四边形柔性机构的第一柔性竖梁上，所述两个压电陶瓷驱动器与所述双平行四边形柔性机构的第一柔性竖梁的接触位置均为所述第一柔性竖梁外侧端面中心位置，所述两个压电陶瓷驱动器的非工作端均通过螺纹连接刚性固连于所述的底座上；所述底座为正方形框架结构，中部镂空，四个顶角附近沿着边框有部分向上凸起的侧壁结构，在所述四个顶角部分向着所述底座内部方向延伸四个块状突起，所述块状突起靠近所述底座边框部分尺寸较宽，向着所述底座内部方向延伸部分尺寸较窄，在所述尺寸较窄部分开有螺纹通孔，另外，在所述顶角附近的凸起侧壁中，位于上部左侧位置的侧壁上开有一个螺纹通孔，位于左侧下方位置的侧壁上开有一个螺纹通孔；安装时，底座通过螺纹刚性固定于所述柔性支链的下方，其四个边框架与四个柔性支链一一对应，且保证各边缘中线与各柔性行支链对称线对齐，所述两个压电陶瓷驱动器通过螺纹连接于所述底座侧壁和所述双平行四边形柔性机构之间。与现有技术相比，本发明的柔性微定位机构具有如下优点:1.采用柔性并联结构，具有高精度、结构紧凑、无误差积累等优点。2.基于单自由度柔性铰链的弹性变形，所产生的铰链转角变化及执行器末端工作空间均很微小，可以有效消除并联机构固有的非线性等缺点。3.具有二自由度，可实现两个直线平移动作，且分辨率高、动态响应速度快，可作为纳米压印光刻定位、微纳操作系统的辅助定位平台，采用压电陶瓷驱动器推动驱动环节，可实现动平台的主动调整、微量进给和精密定位。
图1是本发明双并联平行解耦柔性微定位机构一种实施例的整体结构示意图；图2是本发明双并联平行解耦柔性微定位机构一种实施例的柔性体结构示意图；图3是本发明双并联平行解耦柔性微定位机构一种实施例的柔性支链结构示意图；图4是本发明双并联平行解耦柔性微定位机构一种实施例的刚性底座结构示意图；图5是本发明双并联平行解耦柔性微定位机构一种实施例图2所示柔性体结构的剖面形状结构示意图。
具体实施例方式以下结合实施例及其附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。本发明设计的双并联平行解耦柔性微定位机构(简称定位机构，参见图1-5)，基于压电陶瓷驱动，其特征在于，它包括一个动平台、四个柔性支链、两个压电陶瓷驱动器、一个刚性支撑架和一个底座；所述动平台位于刚性支撑架中心位置，刚性支撑架呈“田”字形结构，用于支撑四个柔性支链及其相连的动平台；所述四个柔性支链为矩形设计，结构相同，并且均匀分布在刚性支撑架四个刚性边的外侧，每一个柔性支链均由内、外两部分构成，内部为双四杆柔性机构，外部为双平行四边形柔性机构，所述双四杆柔性机构位于所述双平行四边形柔性机构和所述动平台所包围区域的内部，所述双平行四边形柔性机构和所述动平台围绕在所述双四杆柔性机构的四周，其中所述双四杆柔性机构由三个竖直梁和左右对称的两个横梁结构组成，左侧从上向下均匀分布两个水平横梁，右侧从上向下均匀分布两个水平横梁，所述四个水平横梁结构尺寸完全相同，在所述每个水平横梁的左、右两端分别分布一个水平设置的单自由度柔性铰链，所述双四杆柔性机构上共分布结构完全相同的八个水平设置的单自由度柔性铰链， 所述双平行四边形柔性机构由一个水平刚性横梁和左右对称的两个竖直梁结构组成，所述水平刚性横梁位于所述两个竖直梁结构的下方，左侧从左向右均匀分布两个竖直梁，右侧从左向右均匀分布两个竖直梁，所述四个竖直梁结构尺寸完全相同，在所述每个竖直梁的上、下两端分别分布一个竖直设置的单自由度柔性铰链，所述双平行四边形柔性机构上共分布结构完全相同的八个竖直设置的单自由度柔性铰链，所述的单自由度柔性铰链结构相同；所述两个压电陶瓷驱动器结构相同，一个水平放置，安装在所述刚性支撑架下侧的所述双平行四边形柔性机构的左侧和所述底座顶角附近的侧壁之间；另一个竖直放置，安装在所述刚性支撑架左侧的所述双平行四边形柔性机构上侧和所述底座顶角附近的侧壁之间；所述底座为正方形框架结构，中部镂空，四个顶角附近沿着边框有部分向上凸起的侧壁结构，在所述四个顶角部分向着所述底座内部方向延伸四个块状突起，所述块状突起靠近所述底座边框部分尺寸较宽，向着所述底座内部方向延伸部分尺寸较窄，在所述尺寸较窄部分开有螺纹通孔，另外，在所述顶角附近的凸起侧壁中，位于上部左侧位置的侧壁上开有一个螺纹通孔，位于左侧下方位置的侧壁上开有一个螺纹通孔。具体说，本发明设计的定位机构，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该定位机构主要包括一个动平台1、四个柔性支链2、两个压电陶瓷驱动器3和5、一个刚性支撑架4和一个底座6。所述刚性支撑架4为“田”字形结构(参见图1、2、5)，四个刚性边的中线位置分别向内部延展出刚性支撑梁，用于支撑中心位置处的动平台1，四个刚性边的中线位置外侧刚性连接围绕在所述刚性支撑架4外部的四个柔性支链2 ;所述动平台I为正方形结构，设置在所述刚性支撑架4的中心位置，动平台I的四个边分别与所述的“田”字形刚性支撑架4四个刚性边中线位置向内部延展出的刚性支撑梁相连接；所述柔性支链2为矩形结构，四个柔性支链2的结构完全相同，均匀分布于所述刚性支撑架4的外侧；所述四个柔性支链2中的每一个柔性支链在所述刚性·支撑架4的四个顶角的外侧位置通过四个螺柱8刚性连接于所述底座6上。每一个柔性支链2均由内、外两部分构成，内部为双四杆柔性机构25，外部为双平行四边形柔性机构26 (参见图2和图3);所述双四杆柔性机构25包括从左向右分布的三个刚性竖梁，即左刚性竖梁271、中刚性竖梁272和右刚性竖梁273，左刚性竖梁271与中刚性竖梁272之间分布有上柔性横梁274和下柔性横梁275 ;同样，右刚性竖梁273与中刚性竖梁272之间也分布有上、下两个柔性横梁276和277 ;所述的中刚性竖梁272位于所述双四杆柔性机构25的对称线处，所述双四杆柔性机构25通过所述中刚性竖梁272连接于所述刚性支撑架4的刚性边中线位置，所述双四杆柔性机构25通过所述左刚性竖梁271和右刚性竖梁273与所述双平行四边形柔性机构26相连，所述双四杆柔性机构25为左右对称结构，所述中刚性竖梁272的左右两侧的结构完全相同，所述的上、下两个柔性横梁274和275上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁274从左至右依次开有第一组半圆凹槽251和第二组半圆凹槽252，所述下柔性横梁275从左至右依次开有第三组半圆凹槽253和第四组半圆凹槽254，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于所述柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状和结构一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；同样道理，所述右刚性竖梁273与中刚性竖梁272之间从上向下分布的上、下两个柔性横梁276和277上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁276从左至右依次开有第五组半圆凹槽255，第六组半圆凹槽256，所述下柔性横梁277从左至右依次开有第七组半圆凹槽257和第八组半圆凹槽258，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；所述双平行四边形柔性机构26包括从左向右分布的第一柔性竖梁261，第二柔性竖梁262，第三柔性竖梁263，第四柔性竖梁264以及位于所述四个柔性竖梁下方的一个刚性横梁265，所述第一，第二柔性竖梁261，262位于所述双四杆柔性机构25的左侧，所述第三、第四柔性竖梁263、264位于所述双四杆柔性机构25的右侧，所述第一，第二柔性竖梁261、262和所述第三、第四柔性竖梁263、264也是关于所述双四杆柔性机构25的中刚性竖梁272左右对称分布的，所述第一，第四柔性竖梁261、264上部末端通过螺纹刚性连接于所述底座6上，所述第二、第三柔性竖梁262、263上部末端分别与所述双四杆柔性机构25的左刚性竖梁271和右刚性竖梁273连接，所述的四个柔性竖梁261、262、263、264下部末端均连接于所述刚性横梁265上，所述四个柔性竖梁上均从上向下依次开有半圆凹槽，所述第一柔性竖梁261从上至下依次开有第九组半圆凹槽2611,第十组半圆凹槽2612，所述第二柔性竖梁262从上至下依次开有第i^一组半圆凹槽2621，第十二组半圆凹槽2622，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于柔性竖梁的左、右两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性竖梁的中线左右对称分布；同样道理，所述第三柔性竖梁263从上至下依次开有第十三组半圆凹槽2631，第十四组半圆凹槽2632，所述第四柔性竖梁264从上至下依次开有第十五组半圆凹槽2641，第十六组半圆凹槽2642，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于柔性竖梁的左、右两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性竖梁的中线左右对称分布。本发明所述的两个压电陶瓷驱动器分别安装在位于所述动平台I下方和左侧的柔性支链2的外侧与所述的底座6之间，位于所述动平台I下方柔性支链2上的下压电陶瓷驱动器5水平放置，右侧末端(工作端)顶在所述双平行四边形柔性机构26的第一柔性竖梁261上，位于所述动平台I左侧柔性支链2上的左压电陶瓷驱动器3竖直放置，下部末端(工作端)顶在所述双平行四边形柔性机构26的第一柔性竖梁261上，所述两个压电陶瓷驱动器3与所述双平行四边形柔性机构26的第一柔性竖梁261的接触位置均为所述第一柔性竖梁261外侧端面的中心位置，所述左压电陶瓷驱动器3和下压电陶瓷驱动器5的非工作端分别通过两个螺柱7刚性固连于所述的底座6上；所述底座6是一个中部镂空的正方形框架结构(参见图1和图4)，正方形框架的四个顶角附近沿着边框有部分向上凸起的侧壁结构；在所述四个顶角部分向着所述底座内部方向延伸四个块状突起，所述块状突起靠近所述底座6边框部分尺寸较宽，向着所述底座内部方向延伸部分的尺寸较窄，且在所述尺寸较窄部分上分别或各开有一个螺纹通孔，即螺纹通孔61、62、63和64 ;另外，在所述顶角附近的凸起侧壁中，位于上部左侧位置的侧壁上开有一个螺纹通孔65，位于左侧下方位置的凸起侧壁上开有一个螺纹通孔66 ;安装时，底座6通过四个螺柱8刚性固定于所述柔性支链2的下方，其四个边框架与四个柔性支链2一一对应，且保证各边缘中线与各柔性行支链2对称线对齐。所述左压电陶瓷驱动器3和下压电陶瓷驱动器5通过两个螺钉7连接于所述开有螺纹通孔65、66的底座6侧壁和所述双平行四边形柔性机构26之间。 本发明定位机构的进一步特征是所述一个动平台1、四个柔性支链2和一个刚性支撑架4及其连接采用整体加工方式一次性获得(参见图5)。这将有利于提高微定位机构本身的精度，并大幅降低加工成本。本发明定位机构的主要用途之一是作为纳米压印光刻设备的辅助定位平台，实现纳米压印过程中的微量进给和精密定位。但并不排除本发明定位机构应用于有类似技术要求的其他定位系统中。本发明定位机构可实现X、y两个平动自由度的主动调整。为了说明其工作方式，首先设定X轴，y轴位于水平面内，令动平台I的中心为坐标系的原点，取平行于动平台I的下方边缘所在的方向为X轴方向，则沿垂直于该边且过动平台I中心的方向为y轴。本发明定位机构的工作过程如下:只驱动与X轴平行的水平放置的下压电陶瓷驱动器5使其长度增加，而另一个左压电陶瓷驱动器3不驱动，那么位于动平台I上、下两侧的柔性支链2上的双平行四边形柔性结构26上八个单自由度柔性铰链(即2611、2612、2621、2622、2631、2632、2641和2642)发生弹性变形，通过双四杆柔性机构25的中刚性竖梁272带动动平台I实现沿X轴方向的平动，同时拖动位于动平台I左、右两侧的柔性支链2上的双四杆柔性结构25上八个单自由度柔性铰链(即251、252、253、254、255、256、257和258)发生弹性变形。只驱动竖直放置的左压电陶瓷驱动器3使其长度增加，而下压电陶瓷驱动器5不驱动，那么位于动平台I左、右两侧的柔性支链2上的双平行四边形柔性结构26上八个单自由度柔性铰链(即2611、2612、2621、2622、2631、2632、2641和2642)发生弹性变形，通过双四杆柔性机构25的中刚性竖梁272带动动平台I实现沿I轴方向的平动，同时拖动位于动平台I上、下两侧的柔性支链2上的双四杆柔性结构25上八个单自由度柔性铰链(即251、252、253、254、255、256、257 和 258)发生弹性变形。本发明未述及之 处适用于现有技术。需要补充说明的是，本发明描述结构所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安装方位词是依据实施例附图所示或习惯而言的，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。
权利要求
1.一种双并联平行解耦柔性微定位机构，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该定位机构主要包括一个动平台、四个柔性支链、两个压电陶瓷驱动器、一个刚性支撑架和一个底座；所述刚性支撑架为“田”字形结构，四个刚性边的中线位置分别向内部延展出用于支撑中心位置处动平台的刚性支撑梁，四个刚性边的中线位置外侧刚性连接围绕在所述刚性支撑架外部的四个柔性支链；所述动平台为正方形结构，设置在所述刚性支撑架的中心位置，动平台的四个边分别与所述的“田”字形刚性支撑架四个刚性边中线位置向内部延展出的刚性支撑梁相连接；所述柔性支链为矩形结构，四个柔性支链的结构完全相同，均匀分布于所述刚性支撑架的外侧；所述四个柔性支链中的每一个柔性支链在所述刚性支撑架的四个顶角的外侧位置刚性连接于所述底座上； 每一个柔性支链均由内、外两部分构成，内部为双四杆柔性机构,外部为双平行四边形柔性机构，所述双四杆柔性机构位于所述双平行四边形柔性机构和所述动平台所包围区域的内部，所述双平行四边形柔性机构和所述动平台围绕在所述双四杆柔性机构的四周；其中，所述双四杆柔性机构由三个刚性竖梁和左右对称的两组水平柔性横梁结构组成，所述两组水平柔性横梁结构左右均为两个水平柔性横梁，从上向下均匀分布；所述四个水平柔性横梁结构尺寸完全相同，在所述每个水平柔性横梁的左、右两端分别分布一个水平设置的单自由度柔性铰链；所述双四杆柔性机构的三个刚性竖梁从左向右分布，左侧刚性梁和右侧刚性竖梁与中刚性竖梁之间分别从上向下分布两个水平柔性横梁，所述的中刚性竖梁位于所述双四杆柔性机构的对称线处，所述双四杆柔性机构通过所述中刚性竖梁连接于所述刚性支撑架的刚性边中线位置，所述双四杆柔性机构通过所述左刚性竖梁和右刚性竖梁与所述双平行四边形柔性机构相连，所述中刚性竖梁左右两侧的结构完全相同，所述左刚性竖梁与中刚性竖梁之间从上向下分布的两个水平柔性横梁上均从左至右依次开有两组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于水平柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在水平柔性横梁的中线上下对称分布；同样，所述右刚性竖梁与中刚性竖梁之间从上向下分布的两个水平柔性横梁上均从左至右依次开有两组半圆凹槽，其结构特点与左侧部分相同； 所述双平行四边形柔性机构由一个水平刚性横梁和左右对称的两组柔性竖梁结构组成，所述水平刚性横梁位于所述两组柔性竖梁结构的下方，所述两组柔性竖梁为结构尺寸完全相同的四个柔性竖梁，所述四个柔性竖梁从左到右均匀分布在所述水平刚性横梁左右两侧；所述每个柔性竖梁的上、下两端分别分布一个结构完全相同竖直设置的单自由度柔性铰链；所述双平行四边形柔性机构的两组柔性竖梁分布在所述双四杆柔性机构的两侧，关于所述双四杆柔性机构的中刚性竖梁左右对称分布，所述两组四个柔性竖梁的第一，第四柔性竖梁上部末端通过螺纹刚性连接与所述底座上，所述第二、第三柔性竖梁上部末端分别与所述双四杆柔性机构的左刚性竖梁和右刚性竖梁连接，所述的四个柔性竖梁下部末端均连接于所述水平刚性横梁上，所述四个柔性竖梁上均从上向下依次开有两组半圆凹槽，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于柔性竖梁的左、右两端面上，所述的八组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性竖梁的中线左右对称分布； 所述两个压电陶瓷驱动器分别安装在所述动平台下方的柔性支链上和左侧的柔性支链上，位于动平台下方柔性支链上的压电陶瓷驱动器水平放置，右侧工作端顶在所述双平行四边形柔性机构的 第一柔性竖梁上；位于所述动平台左侧柔性支链上的压电陶瓷驱动器竖直放置，下部工作端顶在所述双平行四边形柔性机构的第一柔性竖梁上，所述两个压电陶瓷驱动器与所述双平行四边形柔性机构的第一柔性竖梁的接触位置均为所述第一柔性竖梁外侧端面中心位置，所述两个压电陶瓷驱动器的非工作端均通过螺纹连接刚性固连于所述的底座上； 所述底座为正方形框架结构，中部镂空，四个顶角附近沿着边框有部分向上凸起的侧壁结构，在所述四个顶角部分向着所述底座内部方向延伸四个块状突起，所述块状突起靠近所述底座边框部分尺寸较宽，向着所述底座内部方向延伸部分尺寸较窄，在所述尺寸较窄部分开有螺纹通孔，另外，在所述顶角附近的凸起侧壁中，位于上部左侧位置的侧壁上开有一个螺纹通孔，位于左侧下方位置的侧壁上开有一个螺纹通孔；安装时，底座通过螺纹刚性固定于所述柔性支链的下方，其四个边框架与四个柔性支链一一对应，且保证各边缘中线与各柔性行支 链对称线对齐，所述两个压电陶瓷驱动器通过螺纹连接于所述底座侧壁和所述双平行四边形柔性机构之间。
2.根据权利要求1所述的双并联平行解耦柔性微定位机构，其特征在于所述一个动平台、四个柔性支链和一个刚性支撑架及其连接采用整体加工方式一次性获得。
3.权利要求1所述的双并联平行解耦柔性微定位机构，用于做纳米压印光刻设备的辅助定位平台。
全文摘要
本发明公开一种双并联平行解耦柔性微定位机构，基于压电陶瓷驱动，其特征在于它包括一个动平台、四个柔性支链、两个压电陶瓷驱动器、一个刚性支撑架和一个底座；用于支撑四个柔性支链和动平台的刚性支撑架呈“田”字形结构，动平台位于其中心，四个柔性支链为矩形设计均匀分布在刚性支撑架四个刚性边的外侧，每一个柔性支链均由内部的双四杆柔性机构和外部的双平行四边形柔性机构两部分构成；两个压电陶瓷驱动器结构相同，一个水平放置，另一个竖直放置；底座为正方形框架结构，中部镂空，四个顶角附近有沿着边框向上凸起的侧壁结构，同时，底部向着底座内部方向延伸四个块状突起。
文档编号G03F7/00GK103226287SQ201310147480
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者贾晓辉, 刘今越, 姜云峰, 李铁军 申请人:河北工业大学