一种高精度空间平动微定位平台的制作方法

本实用新型涉及柔性机构领域，具体为一种高精度空间平动微定位平台。

背景技术：

柔性机构是利用材料的弹性变形来传递运动的新型机构，由于机构中的运动副为一体化柔性结构，所以不存在装配误差、摩擦、磨损、间隙等影响机构寿命与精度的缺点。随着微电子、光电子元器件的微制造、微机电系统、生物工程等领域对定位精度要求的进一步提高，柔性机构在微定位领域得到了广泛的应用并具有不可估量的前景，其中，空间平动微定位平台被广泛应用于原子力显微镜的三维扫描、微纳操作、先进传感等系统中。目前，具有大行程、高精度且运动解耦的新构型设计是空间平动微定位平台的研究热点。

空间平动微定位平台可分为集中柔度式微定位平台和分布柔度式微定位平台，其中集中柔度式微定位平台的研究较多，而对于分布柔度式微定位平台的研究较少。如专利号为ZL200620162291.5的实用新型专利公开的三平动正交解耦并联微动平台，以及专利号为ZL201510228721.2的发明专利公开的一种空间三维移动全柔顺并联微动平台，都属于集中柔度式微定位平台，该平台所用的支链多是具有切口的柔性铰链结构，其主要缺点是运动行程小，结构复杂，容易在切口处出现应力集中，并且各运动自由度之间不能实现完全解耦，导致平台定位精度不高。

技术实现要素：

针对现有集中柔度式微定位平台所用的支链多是具有切口的柔性铰链结构，导致其运动行程小，结构复杂，容易在切口处出现应力集中，并且各运动自由度之间不能实现完全解耦，导致平台定位精度不高的技术问题，本实用新型提供了一种高精度空间平动微定位平台，其属于分布柔度式微定位平台，不存在应力集中问题，运动行程大，并且能实现完全解耦，定位精度高。

其技术方案是这样的：一种高精度空间平动微定位平台，其包括基座、动平台和三个柔性支链，三个所述柔性支链呈正交布置，所述柔性支链的两端分别固接在所述基座和所述动平台上，所述基座上还安装有分别用于驱动所述柔性支链的压电陶瓷驱动器，其特征在于：所述柔性支链包括三个柔性移动副且分别为主动副、第一被动副和第二被动副，所述柔性移动副包括两组对称布置的柔性簧片，同组中的两个所述柔性簧片互相平行，所述主动副中同组的两个所述柔性簧片的一端通过刚性连接件一连接；所述第一被动副和所述第二被动副的结构相同，且其两组所述柔性簧片的一端共同连接在刚性连接件二上，另一端共同连接在刚性连接件三上；所述主动副通过所述刚性连接件一固接在所述基座上，且其两组所述柔性簧片的另一端和所述压电陶瓷驱动器分别与所述第一被动副的所述刚性连接件二连接，所述第一被动副的所述刚性连接件三与所述第二被动副的所述刚性连接件二连接，所述第二被动副的所述刚性连接件三与所述动平台固接；所述主动副、所述第一被动副和所述第二被动副中的所述柔性簧片的变形方向正交。

其进一步特征在于：

所述主动副、所述第一被动副和所述第二被动副为一体加工成型。

所述刚性连接件一为平板状结构。

所述刚性连接件二为U形连接件，所述刚性连接件三为T形连接件，所述U形连接件的两端分别设有向内延伸的凸缘，所述第一被动副中的其中一组所述柔性簧片的一端分别与所述U形连接件的内侧底面连接，另一组所述柔性簧片的一端分别与两个所述凸缘连接，两组所述柔性簧片的另一端均与所述T形连接件的水平板连接，所述T形连接件的竖直板伸出所述U形连接件。

所述主动副的两组所述柔性簧片的另一端分别连接在所述第一被动副的所述U形连接件的两个侧壁上，所述压电陶瓷驱动器连接在所述第一被动副的所述U形连接件的外侧底面上，所述第一被动副的所述T形连接件的竖直板与所述第二被动副的所述U形连接件的外侧底面连接，且所述第二被动副相对于所述第一被动副水平旋转90°，所述第二被动副的所述T形连接件的竖直板与所述动平台固接。

所述压电陶瓷驱动器通过安装支架安装在所述基座上，所述安装支架和所述压电陶瓷驱动器均位于所述基座的外侧，所述安装支架固接在所述基座上，所述压电陶瓷驱动器的固定端固接在所述安装支架上，所述压电陶瓷驱动器的驱动端穿过所述基座后与所述第一被动副连接。

三个所述柔性支链在空间上互为转动90°。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的空间平动微定位平台，其柔性支链由主动副、第一被动副和第二被动副组成，每个柔性移动副均包含两组对称布置的柔性簧片，且每组中的两个柔性簧片互相平行，主动副、第一被动副和第二被动副中的柔性簧片的变形方向正交，从而构成了分布柔度式空间平动微定位平台，材料的变形可以均匀分布在整个簧片上，因而没有应力集中现象，运动行程较大，结构简单，并且，由于柔性簧片的对称布置，以及主动副、第一被动副和第二被动副中的柔性簧片的变形方向正交，消除了运动副的寄生误差，因而可以实现平台运动的完全解耦，可显著提高平台的定位精度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构示意图（基座未示出）；

图3为柔性支链的结构示意图；

图4为主动副与第一被动副的连接关系主视图。

附图标记：1-基座；2-动平台；3-柔性支链；4-压电陶瓷驱动器；5-安装支架；6-螺钉；7-柔性簧片；8-刚性连接件一；9-刚性连接件二；10-刚性连接件三；31-主动副；32-第一被动副；33-第二被动副；91-凸缘。

具体实施方式

见图1至图4，本实用新型的一种高精度空间平动微定位平台，其包括基座1、动平台2、三个柔性支链3、三个压电陶瓷驱动器4和三个安装支架5，如图1所示，基座1和动平台2均由三个正交平面组成，三个柔性支链3呈正交布置并位于基座1内侧，三个安装支架5分别位于基座1的三个正交平面外侧，安装支架5通过螺钉6固接在基座1上；柔性支链3的两端分别固接在基座1和动平台2上，压电陶瓷驱动器4的固定端固接在安装支架5上，驱动端垂直穿过基座1后与柔性支链3连接；柔性支链3包括三个柔性移动副，三个柔性移动副分别为主动副31、第一被动副32和第二被动副33，柔性移动副包括两组对称布置的柔性簧片7，同组中的两个柔性簧片7互相平行，主动副31中同组的两个柔性簧片7的一端通过刚性连接件一8连接，第一被动副32和第二被动副33的结构相同，且其两组柔性簧片7的一端共同连接在刚性连接件二9上，另一端共同连接在刚性连接件三10上；主动副31通过刚性连接件一8固接在基座1上，且其两组柔性簧片7的另一端和压电陶瓷驱动器4分别与第一被动副32的刚性连接件二9连接，第一被动副32的刚性连接件三10与第二被动副33的刚性连接件二9连接，第二被动副33的刚性连接件三10与动平台2固接；主动副31、第一被动副32和第二被动副33中的柔性簧片7的变形方向正交。本实用新型的平台，其主动副31、第一被动副32和第二被动副33为一体加工成型，结构紧凑，减少了装配误差。

见图2至图4，刚性连接件一8为平板状结构，刚性连接件二9为U形连接件，刚性连接件三10为T形连接件，U形连接件的两端分别设有向内延伸的凸缘91，第一被动副32中的其中一组柔性簧片7的一端分别与U形连接件的内侧底面连接，另一组柔性簧片7的一端分别与两个凸缘91连接，两组柔性簧片7的另一端均与T形连接件的水平板连接，T形连接件的竖直板伸出U形连接件；主动副31的两组柔性簧片7的另一端分别连接在第一被动副32的U形连接件的两个侧壁上，压电陶瓷驱动器4连接在第一被动副32的U形连接件的外侧底面上，第一被动副32的T形连接件的竖直板与第二被动副33的U形连接件的外侧底面连接，且第二被动副33相对于第一被动副32水平旋转90°，第二被动副33的T形连接件的竖直板通过螺钉6与动平台2固接。如此设计，结构简单，便于一体化加工，安装方便。

见图1，三个柔性支链3在空间上互为转动90°，如此设计，实现了平台完全各向同性，无论基座如何摆放，都能保证动平台在三个平移方向上运动能力相同。

工作时，压电陶瓷驱动器4驱动相应的柔性支链3，使与该柔性支链3连接的动平台2沿该压电陶瓷驱动器4的轴向平动，且三条柔性支链3之间完全解耦，互不影响。