专利名称：一种并联压电微动平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于超精密加工、细胞微操作等微/纳米定位系统中的微位 移机构，尤其涉及一种并联压电微动平台。
背景技术：
压电微动平台是由压电陶瓷执行器驱动的、能够产生微米或纳米级运动精度与 运动分辨率的微位移机构，它可应用于超精密加工、大规模集成电路制造、扫描探针显微 镜、生物工程等前沿技术领域中。并联压电微动平台是一种仅通过一组弹性单元体与一个动平台来实现各运动方 向上的微运动的机构，相对于在各运动方向上均具有一组弹性单元体与一个动平台的串联 压电微动平台，其结构简单紧凑，有效工作台面大；同时，由于各运动方向上实现微运动的 结构参数完全相同，故便于参数识别与定位控制。但是，现有的并联压电微动平台，如图1 所示，其弹性单元体300位于动平台200的外侧面与台体100的内侧面之间，受弹性单元体 这种连接方式的限制，导致其存在以下不足(1)、只能产生一维或二维平动微位移，不能产生转动微位移，若要同时产生平动与转 动微位移，则需在实现平动微位移的动平台上再叠加上另一维实现转动微位移的动平台， 这样使得整个微动平台的结构复杂、体积大、质量重、固有频率低；(2)、位移传感器的安装受到限制，尤其是对于电容传感器、差动变压器式电感传感器 等精密位移传感器，只能将动平台的非驱动侧面作为被测面，并且还要求位移传感器与压 电陶瓷执行器的轴线应处于动平台的侧面的垂直平分面内。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可方便实现平动微位移和转动微位移，且 固有频率高、传感器安装不受限制的并联压电微动平台。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种并联压电微动平台，包括台 体和动平台，所述的动平台设置在所述的台体内，所述的台体与所述的动平台之间的四个 直角上一体设置有弹性变形体，所述的弹性变形体由两个相对设置且半径与弧长均相等、 外凸内凹的圆弧形弹性薄板组成，所述的圆弧形弹性薄板的两端分别与所述的台体的内直 角处、所述的动平台的外直角处一体连接，所述的动平台的至少一个侧面上设置有至少一 个导向铰链，所述的导向铰链与其正对的所述的台体的内侧面之间固定设置有压电陶瓷执 行器，所述的导向铰链的横截面与所述的压电陶瓷执行器的横截面重合。所述的动平台的其中一个侧面上设置有一个导向铰链，所述的导向铰链设置在该 侧面的正中心位置。所述的动平台的其中一个侧面上设置有两个处于同一高度的导向铰链，两个所述 的导向铰链关于该侧面的垂直平分面相对称。所述的动平台的其中两个相互垂直的侧面上分别设置有一个导向铰链，所述的导向铰链设置在其所在侧面的正中心位置。所述的动平台的其中两个相互垂直的侧面上分别设置有导向铰链，这两个侧面的 其中一个侧面的正中心位置设置有一个导向铰链，另一个侧面上设置有两个关于该侧面的 垂直平分面相对称的导向铰链，所述的三个导向铰链位于同一高度。与现有技术相比，本发明的优点是(1)、由于弹性变形体设置在台体与动平台的四个直角处，不仅可以实现平动微位移， 也可以实现转动微位移，因此可以方便地实现一维、二维和三维的微位移；(2)、在实现一维或二维平动微动平台时，由于在驱动方向上发生弹性变形的单元体的 数目是现有并联压电微动平台的两倍，故在弹性单元体刚度相同的情况下，基于本发明的 一维或二维平动压电微动平台的整体刚度大，固有频率高；(3)、在实现可同时产生平动与转动微位移的微动平台时，由于仅利用弹性变形体与动 平台便可直接实现，而不需要通过在动平台上再叠加另一维转动平台的方式来实现，故基 于本发明的可同时实现平动与转动的压电微动平台的质量小，固有频率高；(4)、由于弹性变形体设置在台体与动平台的四个直角处，从而使电容传感器、差动变 压器式电感传感器等精密位移传感器的安装不受限制，动平台四个侧面(除同压电陶瓷执 行器相接触的部分外)的任何部分均可作为被测面。
图1为现有的并联压电微动平台的整体结构俯视图； 图2为本发明的工作原理图；图3为本发明实施例一的整体结构俯视图； 图4为本发明实施例二的整体结构俯视图； 图5为本发明实施例三的整体结构俯视图； 图6为本发明实施例四的整体结构俯视图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图2所示，本发明基于并联机构思想，并使动平台、弹性变形体与台体处于同一 平面内，弹性变形体的两端分别同动平台的外直角处与台体的内直角处相连。当仅有一个 驱动力(如X方向的驱动力/p沿动平台其中一个侧面的垂直平分面作用于该侧面时，弹性 变形体发生弹性变形，动平台产生一维平动微位移，撤去驱动力后，动平台在弹性变形体的 弹性恢复力作用下回到初始位置；当仅有两个相互垂直的驱动力(如Χ、γ方向的驱动力&、 /p沿动平台其中两个侧面的垂直平分面分别作用于这两个侧面时，动平台产生二维平动 微位移；当仅有某两个不相等的驱动力(如/^、/^)关于动平台其中一个侧面的垂直平分面 对称地作用于该侧面时，动平台绕通过其顶面(或底面)中心的垂线产生一维转动微位移； 当一个驱动力(如X方向的驱动力F)沿动平台其中一个侧面的垂直平分面作用于该侧面， 而在另一垂直的动平台侧面上，另两个不相等的驱动力(如/^、/^)关于该侧面的垂直平分 面对称地作用于该侧面时，动平台同时产生二维平动微位移与一维转动微位移。实施例一如图3所示，一种并联压电微动平台，包括台体1和动平台2，动平台24设置在台体1内，台体1与动平台2之间的四个直角上一体设置有弹性变形体3，弹性变形 体3由两个相对设置且半径与弧长均相等、外凸内凹的圆弧形弹性薄板组成，圆弧形弹性 薄板的两端分别与台体1的内直角处、动平台2的外直角处一体连接，动平台2的其中一个 侧面上设置有一个导向铰链4，导向铰链4设置在该侧面的正中心位置，导向铰链4与其正 对的台体1的内侧面之间固定设置有压电陶瓷执行器5，导向铰链4的横截面与压电陶瓷执 行器5的横截面重合。该实施例中，当压电陶瓷执行器5在驱动电压的作用下发生伸长变形时，圆弧形 弹性薄板发生弹性变形，动平台2沿驱动方向产生一维平动微位移。实施例二 如图4所示，其它结构同实施例一，不同之处在于动平台2的其中一个 侧面上设置有两个处于同一高度的导向铰链4，两个导向铰链4关于该侧面的垂直平分面 A-A相对称。该实施例中，当左侧的压电陶瓷执行器5在驱动电压的作用下发生伸长变形而右 侧的压电陶瓷执行器5不受驱动电压的作用时，动平台2绕通过其顶面(或底面)中心的垂 线产生一维顺时针转动微位移；当右侧的压电陶瓷执行器5在驱动电压的作用下发生伸长 变形而左侧的压电陶瓷执行器5不受驱动电压的作用时，动平台2绕通过其顶面(或底面) 中心的垂线产生一维逆时针转动微位移。实施例三如图5所示，其它结构同实施例一，不同之处在于动平台2的其中两个 相互垂直的侧面上分别设置有一个导向铰链4，导向铰链4设置在其所在侧面的正中心位置。该实施例中，当两个压电陶瓷执行器5分别在驱动电压的作用下发生伸长变形 时，动平台2沿驱动方向产生二维平动微位移。实施例四如图6所示，其它结构同实施例一，不同之处在于动平台2的其中两个 相互垂直的侧面上分别设置有导向铰链4，这两个侧面的其中一个侧面的正中心位置设置 有一个导向铰链4，另一个侧面上设置有两个关于该侧面的垂直平分面A-A相对称的导向 铰链4，三个导向铰链4位于同一高度。该实施例中，当三个压电陶瓷执行器5在驱动电压的作用下发生伸长变形，且位 于同一侧的两个压电陶瓷执行器5的伸长变形不同时，动平台2沿驱动方向产生二维平动 微位移，同时绕通过其顶面(或底面)中心的垂线产生一维转动微位移；当同一侧上位于左 侧的压电陶瓷执行器5的伸长变形大于右侧的压电陶瓷执行器5时，动平台2绕通过其顶 面(或底面)中心的垂线产生一维顺时针转动微位移；当右侧的压电陶瓷执行器5的伸长变 形大于左侧的压电陶瓷执行器5时，动平台2绕通过其顶面(或底面)中心的垂线产生一维 逆时针转动微位移。
权利要求
1.一种并联压电微动平台，包括台体和动平台，所述的动平台设置在所述的台体内， 其特征在于所述的台体与所述的动平台之间的四个直角上一体设置有弹性变形体，所述的 弹性变形体由两个相对设置且半径与弧长均相等、外凸内凹的圆弧形弹性薄板组成，所述 的圆弧形弹性薄板的两端分别与所述的台体的内直角处、所述的动平台的外直角处一体连 接，所述的动平台的至少一个侧面上设置有至少一个导向铰链，所述的导向铰链与其正对 的所述的台体的内侧面之间固定设置有压电陶瓷执行器，所述的导向铰链的横截面与所述 的压电陶瓷执行器的横截面重合。
2.如权利要求1所述的一种并联压电微动平台，其特征在于所述的动平台的其中一个 侧面上设置有一个导向铰链，所述的导向铰链设置在该侧面的正中心位置。
3.如权利要求1所述的一种并联压电微动平台，其特征在于所述的动平台的其中一个 侧面上设置有两个处于同一高度的导向铰链，两个所述的导向铰链关于该侧面的垂直平分 面相对称。
4.如权利要求1所述的一种并联压电微动平台，其特征在于所述的动平台的其中两个 相互垂直的侧面上分别设置有一个导向铰链，所述的导向铰链设置在其所在侧面的正中心位置。
5.如权利要求1所述的一种并联压电微动平台，其特征在于所述的动平台的其中两个 相互垂直的侧面上分别设置有导向铰链，这两个侧面的其中一个侧面的正中心位置设置有 一个导向铰链，另一个侧面上设置有两个关于该侧面的垂直平分面相对称的导向铰链，所 述的三个导向铰链位于同一高度。
全文摘要
本发明公开了一种并联压电微动平台，包括台体和动平台，特点是台体与动平台之间的四个直角上一体设置有弹性变形体，弹性变形体由两个相对设置且半径与弧长均相等、外凸内凹的圆弧形弹性薄板组成，圆弧形弹性薄板的两端分别与台体的内直角处、动平台的外直角处一体连接，动平台的至少一个侧面上设置有至少一个导向铰链，导向铰链与其正对的台体的内侧面之间固定设置有压电陶瓷执行器，导向铰链的横截面与压电陶瓷执行器的横截面重合；优点是不仅可以实现平动微位移，也可以实现转动微位移，因而可方便地实现一维、二维与三维微位移；整体刚度大，固有频率高；位移传感器的安装不受限制。
文档编号H01L41/04GK102054933SQ201010513338
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者崔玉国, 李勇, 淳华, 郑绍雍 申请人:宁波大学