二维纳米柔性运动平台的制作方法

本发明涉及纳米级位移输出技术领域，具体而言，涉及一种二维纳米柔性运动平台。

背景技术：

相关技术中的二维纳米柔性运动平台，其寄生误差较大，特别是对于大行程的二维纳米柔性运动平台尤为明显，影响二维纳米柔性运动平台的运动精度。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种二维纳米柔性运动平台，该二维纳米柔性运动平台具有误差小、精度高等优点。

为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种二维纳米柔性运动平台，所述二维纳米柔性运动平台包括：基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的外边沿的内侧；两个x向刚度自调节机构，每个所述x向刚度自调节机构分别与所述终端平台和所述基座相连，每个所述x向刚度自调节机构包括：x向柔性导向件，所述x向柔性导向件与所述终端平台相连；第一y向刚性连接件，所述第一y向刚性连接件与所述基座侧壁相连且沿y向定向；两个y向冗杂件，每个所述y向冗杂件分别与所述x向柔性导向件和所述第一y向刚性连接件相连；两个y向刚度自调节机构，每个所述y向刚度自调节机构分别与所述终端平台和所述基座相连，每个所述第一y向刚度自调节机构包括：y向柔性导向件，所述y向柔性导向件与所述终端平台相连；第一x向刚性连接件，所述第一x向刚性连接件与所述基座侧壁相连且沿x向定向；两个x向冗杂件，每个所述x向冗杂件分别与所述y向柔性导向件和所述第一x向刚性连接件相连；两个x向柔性解耦机构，每个所述柔性解耦机构分别与所述终端平台和所述基座相连，每个所述x向柔性解耦机构包括：第一x向柔性解耦件，所述第一x向柔性解耦件和所述终端平台相连；第二y向刚性连接件，所述第二y向刚性连接件和所述第一x向柔性解耦件相连且沿y向定向；两个第一y向柔性解耦件，每个所述第一y向柔性解耦件分别与所述第二y向刚性连接件和基座相连；两个y向柔性解耦机构，每个所述y向柔性解耦机构分别与所述终端平台和所述基座相连，每个所述y向柔性解耦机构包括：第二y向柔性解耦件，所述第二y向柔性解耦件和所述终端平台相连；第二x向刚性连接件，所述第二x向刚性连接件和所述第二y向柔性解耦件相连且沿x向定向；两个第二x向柔性解耦件，每个所述第二x向柔性解耦件分别与所述第二x向刚性件相连和基座相连；x向驱动器和y向驱动器，所述x向驱动器与两个所述x向解耦机构中的一个相连，所述y向驱动器与两个所述y向解耦机构中的一个相连。

根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台，具有误差小、精度高等优点。

另外，根据本发明上述实施例的二维纳米柔性运动平台还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，两个所述x向刚度自调节机构在x向上对称设置，两个所述y向刚度自调节机构在y向上对称设置，两个所述x向柔性解耦机构在x向上对称设置，两个所述y向柔性解耦机构在y向上对称设置。这样可以提高所述二维纳米柔性运动平台各个部件的一致性。

可选地，每个所述x向柔性导向件包括：两个第一x向柔性板簧，两个所述第一x向柔性板簧分别位于所邻近的所述x向柔性解耦机构的两侧且内端均与所述终端平台相连，两个所述第一x向柔性板簧平行且均沿x向定向；第三y向刚性连接件，所述第三y向刚性连接件的两端分别与两个所述x向的柔性板簧的外端相连，所述第三y向刚性连接件沿y向定向；每个所述y向柔性导向件包括：两个第一y向柔性板簧，两个所述第一y向柔性板簧分别位于所邻近的所述y向柔性解耦机构的两侧且内端均与所述终端平台相连，两个所述第一y向柔性板簧平行且均沿y向定向；第三x向刚性连接件，所述第三x向刚性连接件的两端分别与两个所述y向的柔性板簧的外端相连，所述第三x向刚性连接件沿x向定向。这样可以实现所述x向柔性导向件、所述y向柔性导向件、所述基座、所述x向柔性解耦机构和所述y向柔性解耦机构的柔性连接。

根据本发明的又一个实施例，每个所述x向冗杂件包括：第四y向刚性连接件，所述第四y向刚性连接件沿y向定向；四个第二x向柔性板簧，每个所述第二x向柔性板簧沿x向定向，四个所述第二x向柔性板簧沿y向间隔排列成两组，每组包括沿y向间隔排列的两个所述第二x向柔性板簧，两组中位于内侧的一组中的每个第二x向柔性板簧分别连接第四y向刚性连接件和所述y向柔性导向件，两组中位于外侧的一组中的每个第二x向柔性板簧分别连接所述第四y向刚性连接件和第一x向刚性连接件相连；每个所述的y向冗杂件包括：第四x向刚性连接件，所述第四x向刚性连接件沿x向定向；四个第二y向柔性板簧，每个所述第二y向柔性板簧沿y向定向，四个所述第二y向柔性板簧沿x向间隔排列成两组，每组包括沿x向间隔排列的两个所述第二y向柔性板簧，两组中位于内侧的一组中的每个第二y向柔性板簧分别连接第四x向刚性连接件和所述x向柔性导向件，两组中位于外侧的一组中的每个第二y向柔性板簧分别连接所述第四x向刚性连接件和第一y向刚性连接件相连。这样可以实现所述x向冗杂件和所述y向柔性导向件、所述y向冗杂件和所述x向柔性导向件的柔性连接。

根据本发明的再一个实施例，每个所述第一x向柔性解耦件包括：第五y向刚性连接件，所述第五y向刚性连接件沿y向定向；四个第三x向柔性板簧，每个所述第三x向柔性板簧沿x向定向，四个所述第三x向柔性板簧在所述第五y向刚性连接件上沿y向间隔设置，四个所述第三x向柔性板簧中位于外侧的每个所述第三x向柔性板簧均与所述终端平台相连，四个所述第三x向柔性板簧中位于内侧的所述第三x向柔性板簧与所述第二y向刚性连接件相连；每个所述第二y向柔性解耦件包括：第五x向刚性连接件，所述第五x向刚性连接件沿x向定向；四个第三y向柔性板簧，每个所述第三y向柔性板簧沿y向定向，四个所述第三y向柔性板簧在所述第五x向刚性连接件上沿x向间隔设置，四个所述第三y向柔性板簧中位于外侧的每个所述第三y向柔性板簧均与所述终端平台相连，四个所述第三y向柔性板簧中位于内侧的所述第三y向柔性板簧与所述第二x向刚性连接件相连。这样可以保证所述第一x向柔性解耦件和所述第二y向柔性解耦件具有良好的结构强度和柔性。

可选地，每个所述第二x向柔性解耦件包括：三个第六y向刚性连接件，每个所述第六y向刚性连接件沿y向定向；四个第四x向柔性板簧，每个所述第四x向柔性板簧沿x向定向，四个所述第四x向柔性板簧沿y向间隔设置且四个所述第四x向柔性板簧的一端均与三个第六y向刚性连接件中的一个相连，四个所述第四x向柔性板簧中的两个通过三个所述第六y向刚性连接件中的另一个与基座相连且四个所述第四x向柔性板簧中的另外两个通过三个所述第六y向刚性连接件中的再一个与第二x向刚性连接件相连；每个所述第一y向柔性解耦件包括：三个第六x向刚性连接件，每个所述第六x向刚性连接件沿x向定向；四个第四y向柔性板簧，每个所述第四y向柔性板簧沿y向定向，四个所述第四y向柔性板簧沿x向间隔设置且四个所述第四y向柔性板簧的一端均与三个第六x向刚性连接件中的一个相连，四个所述第四y向柔性板簧中的两个通过三个所述第六x向刚性连接件中的另一个与基座相连且四个所述第四y向柔性板簧中的另外两个通过三个所述第六x向刚性连接件中的再一个与第二y向刚性连接件相连。这样可以保证所述第二x向柔性解耦件和所述第一y向柔性解耦件具有良好的结构强度和柔性。

根据本发明的另一个实施例，所述x向刚度自调节机构、所述y向刚度自调节机构、所述x向柔性解耦机构和所述y向柔性解耦机构在竖直方向上的高度相同。这样可以进一步便于驱动所述终端平台精确移动。

可选地，所述的基座包括：基板；四个内连接凸台，四个所述内连接凸台在所述基板上中心对称设置且位于所述终端平台的外侧，四个所述内连接凸台分别与两个所述的x向柔性解耦件和两个所述y向柔性解耦件连接。这样可以便于板簧连接在所述基座上。

进一步地，所述终端平台的四条边沿分别设有用于避让四个所述内连接凸台的避让槽。这样便于所述内连接凸台的设置。

根据本发明的另一个实施例，所述x向驱动器和所述y向驱动器为音圈电机。这样可以便于所述驱动终端平台精确移动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台的结构示意图。

图3是根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台的结构示意图。

附图标记：二维纳米柔性运动平台1、基座100、基板110、内连接凸台120、终端平台200、避让槽210、x向刚度自调节机构300、x向柔性导向件310、第一x向柔性板簧311、第三y向刚性连接件312、第一y向刚性连接件320、y向冗杂件330、第四x向刚性连接件331、第二y向柔性板簧332、y向刚度自调节机构400、y向柔性导向件410、第一y向柔性板簧411、第三x向刚性连接件412、第一x向刚性连接件420、x向冗杂件430、第四y向刚性连接件431、第二x向柔性板簧432、x向柔性解耦机构500、第一x向柔性解耦件510、第五y向刚性连接件511、第三x向柔性板簧512、第二y向刚性连接件520、第一y向柔性解耦件530、第六x向刚性连接件531、第四y向柔性板簧532、y向柔性解耦机构600、第二y向柔性解耦件610、第五x向刚性连接件611、第三y向柔性板簧612、第二x向刚性连接件620、第二x向柔性解耦件630、第六y向刚性连接件631、第四x向柔性板簧632。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1包括基座100、终端平台200、x向刚度自调节机构300、y向刚度自调节机构400、x向柔性解耦机构500、y向柔性解耦机构600和x向驱动器和y向驱动器(x方向和y方向如图1-图3中箭头所示)。

终端平台200位于基座100的外边沿的内侧。两个x向刚度自调节机构300，每个x向刚度自调节机构300分别与终端平台200和基座100相连，每个x向刚度自调节机构300包括x向柔性导向件310、第一y向刚性连接件320和两个y向冗杂件330，x向柔性导向件310与终端平台200相连。第一y向刚性连接件320与基座100侧壁相连且沿y向定向。每个y向冗杂件330分别与x向柔性导向件310和第一y向刚性连接件320相连。两个y向刚度自调节机构400，每个y向刚度自调节机构400分别与终端平台200和基座100相连，每个第一y向刚度自调节机构400包括y向柔性导向件410、第一x向刚性连接件420和两个x向冗杂件430。y向柔性导向件410与终端平台200相连。第一x向刚性连接件420与基座100侧壁相连且沿x向定向。每个x向冗杂件430分别与y向柔性导向件410和第一x向刚性连接件420相连。两个x向柔性解耦机构500，每个柔性解耦机构500分别与终端平台200和基座100相连，每个x向柔性解耦机构500包括第一x向柔性解耦件510、第二y向刚性连接件520和两个第一y向柔性解耦件530。第一x向柔性解耦件510和终端平台200相连。第二y向刚性连接件520和第一x向柔性解耦件510相连且沿y向定向。每个第一y向柔性解耦件530分别与第二y向刚性连接件520和基座100相连。两个y向柔性解耦机构600，每个y向柔性解耦机构600分别与终端平台200和基座100相连，每个y向柔性解耦机构600包括第二y向柔性解耦件610、第二x向刚性连接件620和两个第二x向柔性解耦件630。第二y向柔性解耦件610和终端平台200相连。第二x向刚性连接件620和第二y向柔性解耦件610相连且沿x向定向。每个第二x向柔性解耦件630分别与第二x向刚性连接件620和基座100相连。x向驱动器和y向驱动器，所述x向驱动器与两个x向柔性解耦机构500中的一个相连，所述y向驱动器与两个y向柔性解耦机构600中的一个相连。

根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1，通过设置x向柔性解耦件510和y向柔性解耦件610，可以通过x向柔性解耦件510和y向柔性解耦件610的弹性变形来实现对终端平台200的两个方向运动的解耦，从而可以实现终端平台200的高精度运动。

并且，相比相关技术中的二维纳米柔性运动平台，其终端平台在运动时，两侧相对的导向和解耦机构易发生运动不一致的情况，易导致解耦件受到的轴向力不一致，从而导致终端平台200发生寄生运动，使终端平台200的位移产生较大误差。二维纳米柔性运动平台1通过设置x向刚度自调节机构300和y向刚度自调节机构400，能够实现刚度中心自调节，较小平台1在运动时的平面弯矩，提高平台1在x向和y向运动的精度。

此外，相比有关技术中的二维纳米柔性运动平台，二维纳米柔性运动平台1通过设置x向刚度自调节机构300和y向刚度自调节机构400，由于具有刚度中心自调节性能，可以减小平台1因非线性刚度产生的转矩，寄生旋转小，解耦误差小，进一步提高平台1的运动精度。

同时，通过使第一x向柔性解耦件510与第二y向刚性连接件520相连，第二y向柔性解耦件610与第二x向刚性连接件620相连，当终端平台200沿x方向运动时，第二y向刚性连接件5210能够抑制第一x向柔性解耦件510的转动，进一步提高终端平台200在x向运动的精度。同理，当终端平台200沿y向运动时，第二x向刚性连接件620能够抑制第二y向柔性解耦件610的转动，进一步提高终端平台200在y向运动的精度。

具体而言，二维纳米柔性运动平台1通过设置x向刚度自调节机构300和y向刚度自调节机构400，能够保证平台1的力有效传递，通过设置x向柔性解耦机构500和y向柔性解耦机构600能够对平台1的力进行缓冲消解。这样通过x向刚度自调节机构300、y向刚度自调节机构400、x向柔性解耦机构500和y向柔性解耦机构600的相互配合，能够更进一步提高平台1的运动精度。

因此，根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1具有误差小、精度高等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的二维纳米柔性运动平台1。

在本发明的一些具体实施例中，如图1-图3所示，根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1包括基座100、终端平台200、x向刚度自调节机构300、y向刚度自调节机构400、x向柔性解耦机构500、y向柔性解耦机构600和x向驱动器和y向驱动器。

具体地，如图1-图3所示，两个x向刚度自调节机构300在x向上对称设置，两个y向刚度自调节机构400在y向上对称设置，两个x向柔性解耦机构500在x向上对称设置，两个y向柔性解耦机构600在y向上对称设置。这样可以提高二维纳米柔性运动平台1各个部件的一致性，从而便于提高二维纳米柔性运动平台1的运动精度。

可选地，如图1-图3所示，每个x向柔性导向件310包括两个第一x向柔性板簧311和第三y向刚性连接件312。两个第一x向柔性板簧311分别位于所邻近的x向柔性解耦机构500的两侧且内端均与终端平台200相连，两个第一x向柔性板簧311平行且均沿x向定向。第三y向刚性连接件312的两端分别与两个x向的柔性板簧311的外端相连，第三y向刚性连接件312沿y向定向。每个y向柔性导向件410包括两个第一y向柔性板簧411和第三x向刚性连接件412，两个第一y向柔性板簧411分别位于所邻近的y向柔性解耦机构600的两侧且内端均与终端平台200相连，两个第一y向柔性板簧411平行且均沿y向定向。第三x向刚性连接件412的两端分别与两个y向的柔性板簧411的外端相连，第三x向刚性连接件412沿x向定向。这样可以实现x向柔性导向件310、y向柔性导向件410、基座100、x向柔性解耦机构500和y向柔性解耦机构600的柔性连接，便于驱动终端平台200的精确移动。

具体地，每个x向冗杂件430包括第四y向刚性连接件431和四个第二x向柔性板簧432。第四y向刚性连接件431沿y向定向。每个第二x向柔性板簧432沿x向定向，四个第二x向柔性板簧432沿y向间隔排列成两组，每组包括沿y向间隔排列的两个第二x向柔性板簧432，两组中位于内侧的一组中的每个第二x向柔性板簧432分别连接第四y向刚性连接件431和y向柔性导向件410，两组中位于外侧的一组中的每个第二x向柔性板簧432分别连接第四y向刚性连接件431和第一x向刚性连接件420相连。每个的y向冗杂件330包括第四x向刚性连接件331和四个第二y向柔性板簧332，第四x向刚性连接件331沿x向定向。每个第二y向柔性板簧332沿y向定向，四个第二y向柔性板簧332沿x向间隔排列成两组，每组包括沿x向间隔排列的两个第二y向柔性板簧332，两组中位于内侧的一组中的每个第二y向柔性板簧332分别连接第四x向刚性连接件331和x向柔性导向件310，两组中位于外侧的一组中的每个第二y向柔性板簧332分别连接第四x向刚性连接件331和第一y向刚性连接件320相连。这样可以实现x向冗杂件430和y向柔性导向件410、y向冗杂件330和x向柔性导向件310的柔性连接，便于驱动终端平台200精确移动。

可选地，每个第一x向柔性解耦件510包括第五y向刚性连接件511和四个第三x向柔性板簧512。所述第五y向刚性连接件511沿y向定向。每个第三x向柔性板簧512沿x向定向，四个第三x向柔性板簧512在第五y向刚性连接件511上沿y向间隔设置，四个第三x向柔性板簧512中位于外侧的每个第三x向柔性板簧均512与终端平台200相连，四个第三x向柔性板簧512中位于内侧的所述第三x向柔性板簧512与第二y向刚性连接件520相连。每个第二y向柔性解耦件610包括第五x向刚性连接件611和四个第三y向柔性板簧612，第五x向刚性连接件611沿x向定向。每个第三y向柔性板簧612沿y向定向，四个第三y向柔性板簧612在第五x向刚性连接件611上沿x向间隔设置，四个第三y向柔性板簧612中位于外侧的每个第三y向柔性板簧612均与终端平台200相连，四个第三y向柔性板簧612中位于内侧的第三y向柔性板簧612与第二x向刚性连接件620相连。这样可以保证第一x向柔性解耦件510和第二y向柔性解耦件610具有良好的结构强度和柔性，保证x向柔性解耦件510和第二y向柔性解耦件610对二维纳米柔性运动平台1的运动解耦效果。

具体地，每个第二x向柔性解耦件630包括三个第六y向刚性连接件631和四个第四x向柔性板簧632，每个第六y向刚性连接件631沿y向定向。每个第四x向柔性板簧632沿x向定向，四个第四x向柔性板簧632沿y向间隔设置且四个第四x向柔性板簧632的一端均与三个第六y向刚性连接件631中的一个相连，四个第四x向柔性板簧632中的两个通过三个第六y向刚性连接件631中的另一个与基座100相连且四个第四x向柔性板簧632中的另外两个通过三个第六y向刚性连接件631中的再一个与第二x向刚性连接件620相连。每个第一y向柔性解耦件530包括三个第六x向刚性连接件531和四个第四y向柔性板簧532，每个第六x向刚性连接件531沿x向定向。每个第四y向柔性板簧532沿y向定向，四个第四y向柔性板簧532沿x向间隔设置且四个第四y向柔性板簧532的一端均与三个第六x向刚性连接件531中的一个相连，四个第四y向柔性板簧532中的两个通过三个第六x向刚性连接件531中的另一个与基座100相连且四个第四y向柔性板簧532中的另外两个通过三个所述第六x向刚性连接件531中的再一个与第二y向刚性连接件520相连。这样可以保证第二x向柔性解耦件630和第一y向柔性解耦件530具有良好的结构强度和柔性，保证第二x向柔性解耦件630和第一y向柔性解耦件530对二维纳米柔性运动平台1的运动解耦效果。

可选地，x向刚度自调节机构300、y向刚度自调节机构400、x向柔性解耦机构500和y向柔性解耦机构600在竖直方向上的高度相同。这样可以进一步便于驱动终端平台200精确移动。

具体地，基座100包括基板110、四个内连接凸台120，四个内连接凸台120在基板100上中心对称设置且位于终端平台200的外侧，四个内连接凸台120分别与两个所述x向柔性解耦件和两个所述y向柔性解耦件连接。这样可以便于板簧连接在基座100上。

可选地，终端平台200的四条边沿分别设有用于避让四个内连接凸台120的避让槽210。这样便于内连接凸台120的设置。

具体地，所述x向驱动器和所述y向驱动器为音圈电机。这样可以便于驱动终端平台200精确移动。

根据本发明实施例的二维纳米柔性运动平台1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。