一种三自由度大行程柔性纳米定位平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳操控与高精度定位技术领域，尤其是XY Θ三自由度精密定位平台O
【背景技术】
[0002]微纳定位技术在精密工程应用中发挥着越来越重要的作用，特别是纳米压印光亥IJ，原子力显微镜，芯片制造，生物医学工程等领域。同时，随着这些领域的研宄深入，对纳米定位技术提出了越来越高的要求，对大行程高分辨率多自由度的纳米定位平台需求越来越旺盛。目前的定位平台主要存在以下不足:
[0003]1.现有的纳米定位平台设计行程往往较小，多采用压电陶瓷驱动，输出位移集中在0.0lmm至0.1mm,无法实现厘米级大行程。
[0004]2.带有放大机构的微位移定位平台由于材料变形往往输出放大比不恒定，影响定位精度和控制。
[0005]3.传统的大行程定位平台分辨率往往比较低，如采用伺服电机或步进电机驱动滚珠丝杠定位平台虽然可实现大行程，但由于摩擦等原因往往出现爬行，分辨率低等缺陷。
[0006]4.现有的定位平台多集中在平面xy两自由度设计，无法实现z方向精密转动。
[0007]5.传统的多自由度并联纳米定位平台存在较为严重的位移耦合现象，影响定位精度。
[0008]6.传统的多自由度并联微位移平台多采用同输出自由度对等的驱动器个数，难以对出现的加工问题进行补偿。
[0009]因此，设计一种能够具有多个自由度、大行程、位移耦合小的精密定位装置，是本领域技术人员亟需解决的。
【发明内容】
[0010]为解决现有技术存在的不足，在一定程度上推进纳米定位技术的发展，本发明具体公开了一种XYΘ三自由度大行程柔性纳米定位平台。本方案所提供的定位装置具有三自由度，行程大，结构解耦，四驱动(驱动数大于输出自由度数)，无摩擦等优点。其终端运动平台可输出线位移可达厘米级、角位移可达5°大行程，运动精度可达亚微米级，运动耦合误差小于5%。。
[0011]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0012]一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，包括固定底座，所述固定底座上设置有运动平台，所述运动平台包括基座，基座的中部设置有终端平台，所述运动平台还包括第一X向柔性解耦件、第二 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件；
[0013]所述第一 X向柔性解耦件与第三X向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；所述第二 X向柔性解耦件与第四X向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；所述第一 Y向柔性解耦件与第三Y向柔性解耦件相对于运动平台中心对称，所述第二 Y向柔性解耦件与第四Y向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；
[0014]第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件中分别内置有对应的X向驱动器X1、X向驱动器X2、Y向驱动器Yl及Y向驱动器Υ2。
[0015]所述固定底座包括呈中心对称分布固定底座第一连接部、固定底座第二连接部、固定底座第三连接部及固定底座第四连接部；
[0016]所述基座包括基座本体，基座本体上设置有呈中心对称分布的基座第一连接部、基座第二连接部、基座第三连接部及基座第四连接部；
[0017]所述终端平台包括终端平台本体，终端平台本体上设置有呈中心对称分布的终端平台第一连接部、终端平台第二连接部、终端平台第三连接部及终端平台第四连接部。四个连接部为与为与终端平台相连的四个爪子式结构，旋转方向呈90°阵列分布。
[0018]所述运动平台总体呈旋转布局结构。
[0019]进一步的，所述运动平台包括:第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件；第一连接件与第一 X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及Y向驱动器Yl相连；第二连接件与第二 X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及X向驱动器Xl相连；第三连接件与第三X向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及Y向驱动器Υ2相连；第四连接件与第四X向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件及X向驱动器Χ2相连。
[0020]所述X向驱动器Xl与第二连接件及固定底座第一连接部相连；所述X向驱动器Χ2与第四连接件及固定底座第二连接部相连；所述Y向驱动器Yl与第一连接件及固定底座第一连接部相连；所述Y向驱动器Υ2与第三连接件及固定底座第一连接部相连。
[0021]第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件为矩形板簧；
[0022]第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件为双级π型板簧。
[0023]所述第一 X向柔性解耦件沿X向延伸且分别与基座和第一连接件相连；所述第二X向柔性解耦件中双级JT型板簧与终端平台第二连接部、终端平台第三连接部及第一连接件相连；所述第三X向柔性解耦件沿X向延伸且分别与基座和第三连接件相连；所述第四X向柔性解耦件中双级JT型板簧与终端平台第四连接部、终端平台第一连接部及第二连接件相连；
[0024]所述第一 Y向柔性解耦件中双级π型板簧与终端平台第一连接部、终端平台第二连接部及第一连接件相连；第二 Y向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与基座和第二连接件相连；所述第三Y向柔性解耦件中双级η型板簧与终端平台第三连接部、终端平台第四连接部及第二连接件相连；第四Y向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与基座和第四连接件相连。
[0025]所述第一 X向柔性解耦件、所述第二 X向柔性解耦件、所述第三X向柔性解耦件、所述第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件均各自为对称结构。
[0026]所述第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件结构完全相同。
[0027]所述第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件结构完全相同。
[0028]第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件的矩形板簧刚度远大于第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件双级π型板簧刚度。
[0029]本发明的有益效果:
[0030]1.所采用柔性解耦件中矩形板簧和双级型板簧均为对称结构，矩形板簧刚度大于双级π型板簧刚度可解决XY方向的运动耦合。
[0031]2.运动平台总体呈旋转布局结构，第一 X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二 Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件旋转方向呈90°阵列；第二 X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一 Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件旋转方向呈90°阵列；进一步实现运动解耦。
[0032]3.采用双级型板簧结构，相对于型板簧结构、对于普通的柔性铰链输出位移大大提高，配合音圈电机驱动运动行程大可达厘米级。
[0033]4.采用矩形板簧刚度大于双级型板簧刚度，通过矩形板簧提供导向大大提高输出位移精度。
[0034]5.本发明采用四个驱动器，XY方向各有两个驱动器。当X方向两个驱动器同向运动时可实现X向平动；当Y方向两个驱动器同向运动时可实现Y向平动；当X方向两个驱动器反向运动时可实现Z向转动；当Y方向两个驱动器反向运动时可实现Z向转动；当乂方向两个驱动器反向运动同时Y方向两个驱动器反向运动可实现Z向更大角位移输出。
[0035]6.XY方向各有两个驱动器，可补偿因加工误差引起的结构不对称缺陷。由于加工误差原因会引起矩形型板簧，双级π型板簧的结构无法完全对称，对于超精密定位系统影响较大，传统的单方向单入单出模式无法补偿，而采用双入单出模式控制两个驱动实现与加工缺陷对等的输出便可补偿加工缺陷，消除因加工缺陷导致的耦合。
[0036]7.本发明具有结构紧凑，采用音圈电机驱动器内置于双级型板簧中，大大减小了整个纳米柔性平台的尺寸，极大提高输出位移空间与平台空间的占比。
【附图说明】
[0037]图1为一个XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台实施例装置图；
[0038]图2