专利名称：一种二维非耦合纳米运动平台机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于纳米级位移输出及定位技术领域，具体地说是一种利用压电陶瓷
驱动的二维非耦合纳米运动平台机构。该平台机构在两个一维压电陶瓷驱动器的驱动下， 可以实现二维非耦合的纳米级运动。
背景技术：
随着纳米技术的兴起和迅猛发展，高精度，高分辨率，高可靠性的纳米级运动平台 系统在微机电系统、纳米制造技术、微电子及纳米电子技术、纳米生物工程等众多高科技领 域将发挥越来越重要的作用。 传统用于纳米级运动平台的机构形式主要有机械传动式(如滑动导轨和滚动导 轨等)、摩擦传动式、弹性变形式、压电元件式等。但普遍存在着位移分辨率低、有间隙或多 维运动耦合等问题。因而在研究精确纳米操作、加工、装配技术上受到了很大的制约。
实用新型内容针对上述存在的技术问题，为了实现二维非耦合、无间隙纳米尺度位移输出及定
位，本实用新型提供一种基于压电陶瓷驱动的二维非耦合纳米运动平台机构。 本实用新型采用的技术方案如下 —种二维非耦合纳米运动平台机构，包括动平台及内外框架，之间通过柔性导向 连接筋板交错连接构成一体化结构，即内框架的一对称边框与动平台间连接有柔性导向 连接筋板，另一对称边框与外边框间连接有柔性导向连接筋板；在动平台与内边框及内外 边框间的另一对边框上分别对称设有压电陶瓷驱动器和预紧驱动弹簧，压电陶瓷驱动器与 外控制器连接。 所述的柔性导向连接筋板是由若干个板并列构成。所述的压电陶瓷驱动器为一维 压电陶瓷驱动器。 在外加电压控制下，压电陶瓷驱动器和预紧弹簧会产生伸縮驱动力，克服柔性导 向连接筋板阻力，推动动平台或内框架运动。由于压电陶瓷驱动器位移具有纳米/亚纳米 分辨率，柔性导向连接筋板的导向作用使得动平台的XY运动无耦合，从而通过控制两个压 电陶瓷驱动器的驱动电压，实现动平台XY面内的纳米级二维非耦合运动。 本实用新型的有益效果 1.采用柔性筋板连接方式，无机械传动装置，可实现无间隙运动。 2.采用压电陶瓷驱动，可达到纳米/亚纳米驱动位移分辨率。 3.采用分离框架与柔性筋板连接结构，可实现XY运动独立。 4.采用压电陶瓷与预紧驱动弹簧组合的驱动方式，降低了平台的驱动控制设计难 度，提高了平台整体的可装配性和可控性。 5.采用对称多柔性筋板作为连接导向装置，可实现平台运动的平稳精确导向，整 体结构简单紧凑。
图1为本实用新型的结构示意图。 图2为图1中平台机构主体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。 实施例如图1、图2所示，本实用新型包括动平台3及内框架4、外框架6，之间通 过柔性导向连接筋板1交错连接构成一体化结构，即内框架4的一对称边框与动平台3间 连接有柔性导向连接筋板1，另一对称边框与外边框6间连接有柔性导向连接筋板；在动平 台3与内边框4及内边框4与外边框6间的另一对边框上分别对称设有压电陶瓷驱动器5 和预紧驱动弹簧2，压电陶瓷驱动器5与外控制器连接。 本例所述的柔性导向连接筋板1是由多个薄片板并列构成，在工作中可有微小 变形。压电陶瓷驱动器5为一维压电陶瓷驱动器，其运动时无耦合。外控制器型号为 PVC-300C2控制器。 如图2所示，本实用新型的平台机构主体结构采用电火花线切割加工成一体结 构。在动平台3及内框架4、外框架6上安装压电陶瓷驱动器5和预紧驱动弹簧2的边框上 开有凹槽，在凹槽一端部预留有装配凸台7，其大小与所安装的部件相配合， 一维压电陶瓷 驱动器5和预紧驱动弹簧2分别安装在动平台3与内框架4、内框架4与外框架6之间，固 定于所开凹槽内的预留装配凸台7位置。 本实用新型的工作原理如图1所示，PVC-300C2控制器的驱动电压施加于压电陶 瓷驱动器5，产生预定运动方向的运动位移，在驱动电压增加时，压电陶瓷驱动器5伸长，克 服柔性导向连接筋板l以及预紧驱动弹簧2的阻力，使得动平台3产生正向的位移输出(X、 Y轴方向的运动原理相同)；在驱动电压减小时，压电陶瓷驱动器5收縮，动平台3在柔性导 向连接筋板1及预紧驱动弹簧2的作用下，跟随压电陶瓷驱动器5反向运动，使动平台3产 生反向位移。通过控制XY向的压电陶瓷驱动器5的伸长縮短运动，可以实现动平台3XY面 内的纳米级二维非耦合运动。
权利要求一种二维非耦合纳米运动平台机构，其特征在于包括动平台及内外框架，之间通过柔性导向连接筋板交错连接构成一体化结构，即内框架的一对称边框与动平台间连接有柔性导向连接筋板，另一对称边框与外边框间连接有柔性导向连接筋板；在动平台与内边框及内外边框间的另一对边框上分别对称设有压电陶瓷驱动器和预紧驱动弹簧，压电陶瓷驱动器与外控制器连接。
2. 根据权利要求1所述的二维非耦合纳米运动平台机构，其特征在于所述的柔性导 向连接筋板是由若干个板并列构成。
3. 根据权利要求1所述的二维非耦合纳米运动平台机构，其特征在于所述的压电陶 瓷驱动器为一维压电陶瓷驱动器。
专利摘要一种二维非耦合纳米运动平台机构，属于纳米级位移输出及定位技术领域。包括动平台及内外框架，之间通过柔性导向连接筋板交错连接构成一体化结构，即内框架的一对称边框与动平台间连接有柔性导向连接筋板，另一对称边框与外边框间连接有柔性导向连接筋板；在动平台与内边框及内外边框间的另一对边框上分别对称设有压电陶瓷驱动器和预紧驱动弹簧，压电陶瓷驱动器与外控制器连接。本实用新型采用分离框架与柔性筋板连接结构，使XY轴向运动独立，实现平台运动的平稳精确导向，整体结构简单紧凑。压电陶瓷驱动器与预紧驱动弹簧组合的驱动方式，可达到纳米/亚纳米驱动位移分辨率，降低平台的驱动控制设计难度，提高了平台整体的可装配性和可控性。
文档编号G12B5/00GK201444405SQ20092001596
公开日2010年4月28日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者丁晓辉, 刘柱, 周磊, 董再励 申请人:中国科学院沈阳自动化研究