一种二自由度微纳定位平台的制作方法

本发明涉及微纳精密定位领域，具体涉及一种二自由度微纳定位平台。

背景技术：

微纳定位技术在微电子工程、精密和超精密加工、生物医学工程和精密光学工程等众多领域得到了广泛地应用，并且随着科学技术的迅速发展，众多领域对微纳定位系统提出了越来越高的性能需求；在微纳定位系统中微纳定位平台是最为重要的基本组件，其结构设计的合理与否决定着对于定位系统的性能表现。因此，研发新型构型、具有优异性能的微纳定位平台具有重要的意义。

在一些需要较大工作行程的场合，通常在微纳定位平台中设计加装位移放大机构，以放大驱动器输出位移，但是同时增加了定位平台尺寸，而一些应用场合对定位平台安装空间要求严格；另外，减小导向机构中柔性铰链的尺寸虽然能够减小定位平台尺寸，但是会带来力—位移非线性效应或使铰链集中应力过高。

技术实现要素：

针对前述问题，本发明公开了一种二自由度微纳定位平台，该定位平台定位行程大、铰链集中应力小、力—位移线性度好又不失紧凑性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种二自由度微纳定位平台，包括基座、运动平台、导向机构、解耦机构、驱动器；所述基座中部设有所述运动平台，所述运动平台四周连接有所述导向机构，所述导向机构又与所述解耦机构连接，所述解耦机构与所述基座连接，所述放大机构置于所述运动平台和所述解耦机构之间，所述放大机构与解耦机构连接，所述放大机构内设有驱动器，所述驱动器用于驱动所述运动平台。

进一步的，所述解耦机构设有四组，解耦机构包括中间杆和设于中间杆两端的解耦柔顺构件；所述中间杆与所述放大机构连接；所述解耦柔顺构件与所述基座连接。用于实现所述中间杆单自由度运动。

进一步的，解耦机构相对于所述运动平台的中心对称分布。

进一步的，所述导向机构有四组，导向机构包括设于两端的导向柔顺构件，所述导向柔顺构件一端与所述运动平台连接，导向柔顺构件的另一端与解耦机构连接。用于实现运动平台运动导向。

进一步的，所述导向机构有四组，导向机构包括设于两端的导向柔顺构件，所述导向柔顺构件一端与所述运动平台连接，导向柔顺构件的另一端与中间杆连接。

进一步的，所述放大机构有两组或四组，放大机构相对于所述运动平台的中心对称分布。

进一步的，所述放大机构设有固定端及输出端，所述固定端设有用于固定的固定端的固定孔，所述输出端与所述解耦机构连接。

进一步的，所述驱动器还包括驱动器辅助装配机构，驱动器辅助装配机构相对于所述运动平台中心对称分布，驱动器辅助装配机构安装于连接有所述放大机构外侧的基座中。

进一步的，所述的一种二自由度微纳定位平台采用一体化加工方式。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)放大机构置于运动平台、导向机构和解耦机构中间的结构布局有效的利用定位平台空间，减小了的定位平台整体尺寸。

(2)放大机构置于运动平台、导向机构和解耦机构中间的结构布局中，导向机构、解耦机构柔性结构件拥有相对较大的安置空间，从而减小因定位平台铰链刚化效应产生的力—位移非线性以及减小了铰链集中应力。

(3)驱动器辅助装配机构使得驱动器过盈装配到放大机构中更为方便。

(4)定位平台能够使用线切割一体化加工，具有无需装配、无摩擦、无需润滑等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的总体结构示意图。

图2是本发明图1的俯视图。

图中：1、基座，2、运动平台，3、放大机构，31、固定端，32、输出端，4、导向机构，41、导向柔顺构件，5、解耦机构，51、解耦柔顺构件，52、中间杆，6、驱动器，7、驱动器辅助装配机构，8、平台固定孔，9、螺纹孔。

具体实施方案

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

在多自由度微纳定位平台中，有效的解耦机构具有降低控制难度，提高定位精度以及避免驱动器损坏的作用；所以研制一种具有有效的解耦机构、定位行程大、铰链集中应力小、力—位移线性度好又不失紧凑性的定位平台结构，对提升定位系统的性能具有重要意义。

一种二自由度微纳定位平台，包括基座1、运动平台2、导向机构4、解耦机构5、驱动器6；所述基座1中部设有运动平台2，所述运动平台2四周通过解耦5机构与基座相连，基座1上有多个平台固定孔8，用于固定定位运动平台2。所述基座1四角设有弧形或者平台型倒角，防止操作者因四处尖角而撞伤。

所述运动平台2与解耦机构5之间设有放大机构3，所述放大机构3与解耦机构5连接，所述导向机构4罩设于放大机构3外侧并与解耦机构5相连，所述放大机构3内设有驱动器6，所述驱动器6用于驱动所述运动平台2。

放大机构3有两组或四组，在本实施例中采用两组菱形放大机构，每组分别对称布置于运动平台2的x轴和y轴。每组放大机构3包括固定端31和输出端32，固定端31有平台固定孔8，通过加装螺钉使固定端31固定。

驱动器6通过过盈配合安装在放大机构3中.驱动器6在本实施例中优选的采用压电陶瓷驱动器。放大机构3用于放大驱动器6输出位移。

由于驱动器6通过过盈配合安装在放大机构3中，为了便于将驱动器6装配到放大机构3中，在连接有放大机构3的中间杆52外侧的基座1中安装驱动器辅助装配机构7。

在本实施例中采用在基座1中加工螺纹孔拧入锥端紧定螺钉的方式，驱动器辅助装配机构7有两组，每组分别关于x轴和y轴对称，分别用于x轴y轴的驱动器6装配。驱动器辅助装配机构7能够给中间杆52施力，使输出端32反向运动，从而使放大机构3中安装驱动器6的空间扩大，便于驱动器6的装入，当驱动器6装入到合适的位置后，松开驱动器辅助装配机构7完成驱动器6装配。

所述解耦机构5设有四组，解耦机构5包括中间杆52和设于中间杆52两端的解耦柔顺构件51；所述中间杆52与所述放大机构3的输出端32连接；所述解耦柔顺构件51与所述基座1连接，用于实现所述中间杆52单自由度运动。解耦机构5相对于所述运动平台2的中心对称分布。

在本实施例中两个解耦柔顺构件51优选的采用复合平行四杆导向机构，用于实现所述中间杆52单自由度运动，由于限制了中间杆52、输出端32非工作方向上的自由度，从而实现解耦功能。

运动平台2两自由度各向运动互不干扰，一个驱动器6仅在运动平台2对应轴上产生运动；驱动器6不会因定位平台的运动而受力损坏。

所述导向机构4有四组，导向机构4包括设于两端的导向柔顺构件41，所述导向柔顺构件41一端与所述运动平台2连接，导向柔顺构件41的另一端与解耦机构5的中间杆52连接。用于实现运动平台运动2导向。

所述放大机构3有两组或四组，放大机构3相对于所述运动平台2的中心对称分布。所述放大机构3设有固定端31及输出端32，所述固定端31设有用于与基座1固定的平台固定孔8，所述输出端32与所述解耦机构5的中间杆52连接。固定端与基座下方的钢板固定，基座也和下面的钢板固定。

放大机构3位于运动平台2、导向机构4和解耦机构5中间，这样的结构布局使导向机构4、解耦机构5柔性结构件拥有较大的安置空间，减小了由于铰链尺寸过小而导致的定位平台力—位移非线性和应力集中的问题，并且充分利用了定位平台空间，实现定位平台定位工作行程大又不失结构紧凑性。

所述驱动器6还包括驱动器辅助装配机构7，驱动器辅助装配机构7相对于所述运动平台2中心对称分布。驱动器辅助装配机构7安装于连接有所述放大机构3的中间杆外侧的基座1中。用于给中间杆53施力，从而带动所述放大机构3运动，便于所述驱动器6装配到放大机构3中。所述驱动器辅助装配机构7有两组。

所述的一种二自由度微纳定位平台采用一体化加工方式。

微纳定位平台工作原理和流程如下：

当驱动x轴向驱动器6，驱动器6输出位移经放大机构3放大并使输出端32、中间杆52产生位移，中间杆52带动x轴向导向柔顺构件41。然后运动平台2经导向柔顺构件41推动产生位移运动，而y轴向两组导向柔顺构件41由于关于x轴对称。并且由于y轴向解耦机构5的存在，导向机构4一端会引起耦合的自由度被约束，所以运动平台2在x轴向驱动器6被驱动时只沿x轴运动，运动平台2的y轴运动同理。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。