专利名称：一种柔性微定位平台的制作方法
技术领域：
本发明属于机械领域的微操作系统，具体为一种柔性微定位平台。该微定位平台基于杠杆位移放大，主要应用于微纳操作领域，具有二自由度，可实现工作平面内的两个直线平移动作。
背景技术：
微操作机构是微机电技术的一个重要分支，在微机械零件装配、MEMS的组装和封装、生物工程、微外科手术、光纤耦合作业等领域具有广阔的应用前景和重要的研究价值。当前，广泛应用于分子操纵、生物工程以及医疗可视化、微创化等领域的分子扫描显微镜、微型摄像机、微型执行器、微型传感器和遥微操作机器人等均属于该领域范畴。目前，微操作器的发展趋势主要表现为:在机构上，结合并联机构高精度、高刚度优点以及整体式柔性结构无间隙、无摩擦的特点，开发体积小，结构紧凑、操作灵活的新型结构形式；在驱动方式上，压电陶瓷以其体积小、重量轻、分辨率高、响应快等优点，而得到了广泛应用。如德国PI公司研制的主要用于光学系统检测、微加工、微装配的多轴微纳米操作定位系统P-611系列，采用压电陶瓷驱动，分辨率可达Inm ;孙立宁等，基于双压电陶瓷驱动器驱动的精密柔性并联定位器的设计(W.Dong, L.N.Sun, Z.J.Du, Designof a precision compliant parallel positioner driven by dual piezoelectricactuators.Sensors and Actuators, 2007，135(1): 250-256)中，介绍了 压电陶瓷驱动的六自由度并联微操作手，釆用压电陶瓷驱动方式实现宏微两级驱动，微动系统中釆用一种新颖的柱状柔性铰链增加操作末端的刚度和可达工作空间范围；李杨民等着力于开发不同结构形式的柔性微操作器，其在一种柔性XY并联操作器的建模和性能评估(YangminLi，Qingsong Xu.Modeling and performance evaluation of a flexure-based XYparallel micromanipulator, Mechanism and Machine Theory，2009，44(12):2127-2152)中，介绍了结合杠杆机构和平行四杆机构特点的可实现两个自由度的并联微操作器、在一种全解稱柔性XY并联操作器的设计和分析(Yangmin Li, Qingsong Xu.Design andanalysis of a totally decoupled flexure-based XY parallel micromanipulator, IEEETransactions on Robotics，2009，25 (3):645-657)和在全解耦柔性并联 XY 微动平台的设计和分析(Jiming Huang, Yangmin Li，Design and analysis of a completelydecoupled compliant parallel XY micro-motion stage.Proceedings of the2010IEEEInternational Conference on Robotics and BiomimeticsjDecemberl4_18，2010，Tianjin，China，1008 1013)中，介绍了两种结合双并联机构和双四杆机构各自特点，釆用不同结构形式的并联微操作器，基于柔性铰链和相互垂直的排列方式，上述两种柔性微操作器均实现了面内两个平动自由度的完全解耦、Jiming Huang等，基于极坐标系的新型2自由度柔性并联微操作器的分析(Jiming Huang, Yangmin Li，Analysis of anovel2-D0F flexure hinge-based parallel micromanipulator in a polar coordinatesystem.Proceedings of the2010IEEE International Conference on Automation andLogistics, Augustl6-20,2010, Hong Kong and Macau, 323-327)中，介绍了米用连杆机构与双四杆机构所构成的柔性微操作器，可实现面内一个平动和一个转动自由度。综上所述，当前大部分已知的柔性微操作机构多采用压电陶瓷直接驱动方式，限于压电体所能提供的位移输出，执行末端难以达到足够的操作空间，而有些微操作器中虽然引入了一定的位移放大机构，使操作空间范围有所增加，但使机构复杂，易于积累误差，并且造成了整体刚度的降低，在工作过程中易于引起振动；另外，考虑到尽管微纳米操作具体对象有所不同，但基本的操作顺序是相同的，灵活精确的动作能力是对微操作器应具备的最根本的要求，然而由于操作对象一般体积微小、构造薄弱，要准确完成一些复杂的微操作尚具有一定的难度，因此，具有高精密、高刚度和更多自由度动作实现能力的微操作机构的设计开发以及与其他相关操作技术的相互融合，是当前微纳精密操作技术的主要方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种柔性微定位平台，该微定位平台引入杠杆位移放大机构，采用压电陶瓷驱动，可实现工作平面内两自由度平移动作，并使工作空间范围得到了有效放大，具有高精度、结构紧凑、无误差积累、无机械摩擦和无间隙等特点。本发明解决所述技术问题的技术方案是:设计一种柔性微定位平台，其特征在于该微定位平台包括一个动平台、四对弓形片簧、两个柔性杠杆位移放大机构、两个压电陶瓷驱动器和一个底座；所述动平台为正方形结构，由分布在其四个边缘上的四对弓形片簧支撑；动平台四条边的中线位置均向外延伸一个凸起，所述四个凸起中，位于动平台的下部边缘和左侧边缘上的两个凸起空置，位于动平台的上部边缘和右侧边缘上的两个凸起分别与两个柔性杠杆位移放大机构的输出端相连接；所述柔性杠杆位移放大机构的固定端与底座刚性连接，其输入端与两个压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，两个柔性杠杆位移放大机构的方向分别与其相连接的动平台的边缘方向平行；所述两个压电陶瓷驱动器的工作端顶在所述两个柔性杠杆位移放大机构的输入端，其非工作端顶在柔性杠杆位移放大机构固定端延伸出的“L”形刚性块上，“L”形刚性块的侧壁上加工有螺纹孔，压电陶瓷驱动器的非工作端通过该螺纹孔与“L”形刚性块刚性连接；每个所述“L”刚性块的上端面上加工有一个螺纹孔，且通过该螺纹孔把“L”形刚性块与底座连接；所述四对弓形片簧结构形式完全相同，分别对称安装在动平台四条边缘的中线上，且每对弓形片簧的封闭端靠近所述边缘的中线，开口端则远离所述边缘的中线，所述每对弓形片簧开口端的两个分支中，一个分支与动平台连接，另一个分支向外延伸，并同时增加宽度，且在动平台的顶角位置与相邻边缘上的弓形片簧开口端的另一个分支相连接，在所述增宽部分加工有三个螺纹孔，通过该螺纹孔与底座螺栓连接；所述两个柔性杠杆位移放大机构结构组成相同，一个位于动平台的上部边缘外侦牝水平放置，称为水平柔性杠杆位移放大机构；另一个位于动平台的右侧边缘外侧，竖直放置，称为竖直柔性杠杆位移放大机构；所述柔性杠杆位移放大机构均由一个刚性梁、三个柔性梁和一个“L”形刚性块构成；所述水平柔性杠杆位移放大机构中，刚性梁位于最上部，且水平放置，所述水平放置的刚性梁和所述弓形片簧之间从左向右依次分布有第一竖直柔性梁、第二竖直柔性梁和第三竖直柔性梁，三个竖直柔性梁上均开有一组半圆凹槽，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于竖直柔性梁的左、右两个端面上，所述的三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在竖直柔性梁的中线左右对称分布；所述第一竖直柔性梁上端面与所述水平刚性梁相连接，下端面与第一 “L”形刚性块连接，所述第二竖直柔性梁的上端面与所述水平刚性梁相连接，下端面与第一压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，所述第三竖直柔性梁上端面与水平刚性梁相连，下端面与动平台上部边缘中线位置上的凸起相连接，所述第一竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的固定端，所述第二竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的输入端，所述第三竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的输出端；同样道理，所述竖直柔性杠杆位移放大机构中，刚性梁位于最右部，且竖直放置，所述竖直放置的刚性梁和所述弓形片簧之间从下向上依次分布有第一水平柔性梁、第二水平柔性梁和第三水平柔性梁，三个水平柔性梁上均开有一组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于水平柔性梁的上、下两个端面上，所述的三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在水平柔性梁的中线上下对称分布；所述第一水平柔性梁的右端面与所述竖直刚性梁相连接，左端面与第二“L”形刚性块连接，所述第二水平柔性梁的右端面与所述竖直刚性梁相连接，左端面与第二压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，所述第三水平柔性梁的右端面与竖直刚性梁相连，左端面与所述动平台右部边缘中线位置上的凸起相连接，所述第一水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的固定端，所述第二水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的输入端，所述第三水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的输出端；所述两个压电陶瓷驱动器结构组成相同，第一压电陶瓷驱动器位于所述水平柔性杠杆位移放大机构的第二竖直柔性梁和所述第一“L”形刚性块之间；所述第二压电陶瓷驱动器位于所述竖直柔性杠杆位移放大机构的第二水平柔性梁和所述第二 “L”形刚性块之间；第一压电陶瓷驱动器竖直放置，其工作端抵在所述第二竖直柔性梁的下端面上，非工作端则抵在所述第一 “L”形刚性块水平部分的上侧面上，所述第一 “L”形刚性块水平部分的下侧面上开有螺纹孔，通过所述螺纹孔，所述第一压电陶瓷驱动器和所述第一“L”形刚性块螺纹连接；同样道理，第二压电陶瓷驱动器水平放置，其安装连接方式逆时针旋转90度同于所述第一压电陶瓷驱动器；所述底座是正方形结构，底座上开有两类螺纹孔:在与所述动平台四个顶角相对应的底座的四个位置上开有第一类螺纹孔，所述第一类螺纹孔共有四组，每一组螺纹孔均由三个尺寸相同的螺纹孔组成；另外，在底座与所述第一、第二 “L”形刚性块上端面所开螺纹孔相对应的两个位置上开有第二类螺纹孔，所述第二类螺纹孔共有两个，尺寸一致，分别位于所述第一 “L”形刚性块和所述第二 “L”形刚性块的下方位置；所述底座上的两类螺纹孔与动平台以及柔性杠杆位移放大机构上的螺纹孔一一对应，在安装时，所述动平台和柔性杠杆位移放大机构通过螺纹刚性固定于所述底座上。与现有技术相比，本发明的柔性微定位平台具有如下优点:1.采用柔性并联结构，具有二自由度，可实现两个直线平移动作，具有高精度、结构紧凑、无误差积累等优点；2.基于单自由度柔性铰链以及弓形片簧的微量弹性变形，可以有效消除并联机构固有的非线性等缺点；
3.引入了柔性杠杆放大机构，使工作空间范围得到了有效放大，实现了对压电陶瓷驱动器有限输出的有效放大，增加机构输出末端的工作空间范围，且分辨率高、动态响应速度快；4.采用压电陶瓷驱动器推动驱动环节，可实现动平台的主动调整、微量进给和精密定位，可作为纳米压印光刻定位、微纳操作系统的辅助定位平台。
图1是本发明柔性微定位平台一种实施例的整体结构示意图；图2是本发明柔性微定位平台一种实施例的柔性体结构示意图；图3是本发明柔性微定位平台一种实施例的刚性底座结构示意图；图4是本发明柔性微定位平台一种实施例图2所示柔性体结构的剖面形状结构示意图。
具体实施例方式以下结合实施例及其附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。本发明设计的基于杠杆位移放大的柔性微定位平台(简称定位平台，参见图1-4)，其特征在于，该定位平台包括一个动平台、四对弓形片簧、两个柔性杠杆位移放大机构、两个压电陶瓷驱动器和一个底座，所述动平台为正方形结构，由分布在其四个边缘上的四对弓形片簧支撑，所述动平台四条边的中线位置均向外延伸一个凸起，所述四个凸起中，位于所述动平台的下部边缘和所述动平台的左侧边缘上的两个凸起空置，位于所述动平台的上部边缘和所述动平台的右侧边缘上的两个凸起分别与两个柔性杠杆位移放大机构的输出端相连接，所述柔性杠杆位移放大机构的固定端通过螺纹与所述底座刚性连接，其输入端与所述两个压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，所述两个柔性杠杆位移放大机构的方向分别与其相连的所述动平台的边缘方向平行；所述两个压电陶瓷驱动器的工作端顶在所述两个柔性杠杆位移放大机构的输入端，非工作端顶在所述柔性杠杆位移放大机构固定端延伸出的“L”形刚性块上，所述“L”形刚性块侧壁上加工有螺纹孔，所述压电陶瓷驱动器的非工作端通过所述螺纹孔与所述“L”形刚性块连接；每个所述“L”形刚性块的上端面上加工一个螺纹孔，通过该螺纹孔使所述“L”形刚性块与所述底座螺栓连接。进一步具体说，本发明设计的柔性微定位平台(简称微定位平台，参见图1-4)，其特征在于该定位机构主要包括一个动平台1、四对弓形片簧2、两个柔性杠杆位移放大机构
3、两个压电陶瓷驱动器和一个底座5。所述弓形片簧2包括四对，四对结构形式完全相同，分布在所述动平台I的四个边缘上，即动平台I的每个边缘上均包含一对所述弓形片簧2，每一对所述弓形片簧2均关于所在动平台I边缘的中线左右对称分布，每个所述弓形片簧2的封闭端靠近所述边缘中线，开口端则位于距离所述边缘中线较远的位置，所述每个弓形片簧2开口端的两个分支中，一个分支与所述动平台I连接，另一个分支向外延伸的同时增加宽度，在所述动平台I四个顶角位置与分布在所述动平台I相邻边缘的所述弓形片簧2开口端分支相连，并在增宽部分加工出四组螺纹结构11、12、13和14，所述每组螺纹结构均由三个螺纹孔组成，通过所述四组螺纹结构11、12、13和14与所述底座5螺栓连接；
所述柔性杠杆位移放大机构3包括两个:一个水平柔性杠杆位移放大机构31和一个竖直柔性杠杆位移放大机构32 ;水平柔性杠杆位移放大机构31安装在所述动平台I的上部边缘，且水平放置；竖直柔性杠杆位移放大机构32安装在所述动平台I的右侧边缘外侦牝且竖直放置；所述水平柔性杠杆位移放大机构31均由一个刚性梁314，三个柔性梁311、312,313和一个“L”形刚性块315组成，所述刚性梁314位于所述水平柔性杠杆位移放大机构31的最上部，且水平放置，所述水平刚性梁314下方从左向右依次分布第一竖直柔性梁311、第二竖直柔性梁312和第三竖直柔性梁313，三个所述柔性梁311、312、313均竖直放置，三个所述柔性梁311、312、313上均开有一组半圆凹槽，第一竖直柔性梁311上开有第一组半圆凹槽3111，第二竖直柔性梁312上开有第二组半圆凹槽3121，第三竖直柔性梁313上开有第三组半圆凹槽3131，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于竖直柔性梁的左、右两端面上，所述的三组半圆凹槽3111、3121、3131的凹槽形状一致，并相对于各自所在竖直柔性梁311、312、313的中线左右对称分布，所述第一竖直柔性梁311上端面与所述水平刚性梁314相连，下端面与第一 “L”形刚性块315连接，所述第二竖直柔性梁312上端面与所述水平刚性梁314相连，下端面与所述第一压电陶瓷驱动器41工作端相抵触，所述第三竖直柔性梁313上端面与所述水平刚性梁314相连，下端面与所述动平台I上部边缘中线位置上的凸起相连，所述第一竖直柔性梁311为所述水平柔性杠杆位移放大机构31的固定端，所述第二竖直柔性梁312为所述水平柔性杠杆位移放大机构31输入端，所述第三竖直柔性梁313为所述水平柔性杠杆位移放大机构31输出端，所述水平柔性杠杆位移放大机构31固定端向下延伸出第一 “L”形刚性块315，所述第一 “L”形刚性块315竖直部分的上端同时与所述第一竖直柔性梁311的下端和所述水平刚性梁314的左端相连，所述第一“L”形刚性块315水平部分的右端与所述螺纹结构11相连，所述第一“L”形刚性块315竖直部分上端面开有螺纹孔3151，通过所述螺纹孔3151与所述底座5螺栓连接，所述第一 “L”形刚性块315水平部分下侧面上开有螺纹孔3152，通过所述螺纹孔3152与所述第一压电陶瓷驱动器41连接；同样道理，所述竖直柔性杠杆位移放大机构32由一个刚性梁324，三个柔性梁321、322、323和一个“L”形刚性块325组成，所述刚性梁324位于所述柔性杠杆位移放大机构32的最右部，且竖直放置，所述竖直刚性梁324左侧从下向上依次分布第一水平柔性梁321、第二水平柔性梁322和第三水平柔性梁323，三个所述柔性梁321、322、323均水平放置，三个所述柔性梁321、322、323上均开有一组半圆凹槽，第一水平柔性梁321上开有第四组半圆凹槽3211，第二水平柔性梁322上开有第五组半圆凹槽3221，第三水平柔性梁323上开有第六组半圆凹槽3231，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于水平柔性梁的上、下两端面上，所述的三组半圆凹槽3211、3221、3231的凹槽形状一致，并相对于各自所在水平柔性梁321、322、323的中线上下对称分布，所述第一水平柔性梁321右端面与所述竖直刚性梁324相连，左端面与所述第二“L”形刚性块325连接，所述第二水平柔性梁322右端面与所述竖直刚性梁324相连，左端面与所述第二压电陶瓷驱动器42工作端相抵触，所述第三水平柔性梁323右端面与所述竖直刚性梁324相连，左端面与所述动平台I右侧边缘中线位置上的凸起相连，所述第一水平柔性梁321为所述竖直柔性杠杆位移放大机构32的固定端，所述第二水平柔性梁322为所述竖直柔性杠杆位移放大机构32输入端，所述第三水平柔性梁323为所述竖直柔性杠杆位移放大机构32输出端，所述竖直柔性杠杆位移放大机构32固定端向左延伸出第二 “L”形刚性块325，所述第二 “L”形刚性块325竖直部分的上端与所述螺纹结构13相连，所述第二“L”形刚性块325水平部分的右端同时与所述第一水平柔性梁321的左端和所述竖直刚性梁324的下端相连，所述第二 “L”形刚性块325水平部分上端面开有螺纹孔3251，通过所述螺纹孔3251与所述底座5螺栓连接，所述第二“L”形刚性块325竖直部分的左侧面上开有螺纹孔3252，通过所述螺纹孔3252与所述第二压电陶瓷驱动器42连接；所述压电陶瓷驱动器包括两个:第一压电陶瓷驱动器41和第二压电陶瓷驱动器42 ;第一压电陶瓷驱动器41位于所述水平柔性杠杆位移放大机构31的第二竖直梁312和所述第一 “L”形刚性块315之间，所述第一压电陶瓷驱动器41竖直放置，所述第一压电陶瓷驱动器41工作端抵在所述第二竖直柔性梁312的下端面上，非工作端抵在所述第一 “L”形刚性块315水平部分的上侧面上，所述第一 “L”形刚性块315水平部分的下侧面上开有螺纹孔3152，通过所述螺纹孔3152，所述第一压电陶瓷驱动器41和所述第一“L”形刚性块315刚性连接；所述第二压电陶瓷驱动器42位于所述竖直柔性杠杆位移放大机构32的第二水平柔性梁322和所述第二“L”形刚性块325之间，所述第二压电陶瓷驱动器42水平放置，所述第二压电陶瓷驱动器42工作端抵在所述第二水平柔性梁322的左端面上，非工作端抵在所述第二 “L”形刚性块325竖直部分的右侧面上，所述第二 “L”形刚性块325竖直部分的左侧面上开有螺纹孔3252，通过所述螺纹孔3252，所述第二压电陶瓷驱动器42和所述第二 “L”形刚性块325螺纹连接；所述底座5是正方形结构(参见图3)，在底座5上开有两类螺纹孔，第一类螺纹孔51用于连接底座5和所述四组螺纹结构11、12、13和14 ;第二类螺纹孔52用于连接底座5和所述两个“L”形刚性块315和325 ;所述第一类螺纹孔51共有四组，即511、512、513和514，且每一组所述螺纹孔均由三个尺寸相同并呈三角形分布的螺纹孔组成；所述第一组螺纹孔511开在底座5与所述动平台上螺纹结构11相对应的位置上，所述第二组螺纹孔512开在底座5与所述动平台上螺纹结构12相对应的位置上，所述第三组螺纹孔513开在底座5与所述动平台上螺纹结构13相对应的位置上，所述第四组螺纹孔514开在底座5与所述动平台上螺纹结构14相对应的位置上；所述第二类螺纹孔52由两个尺寸相同的螺纹孔521和522组成，所述螺纹孔521的位置与所述第一 “L”形刚性块315上所开的所述螺纹孔3151位置对应，所述螺纹孔522的位置与所述第二“L”形刚性块325上所开的所述螺纹孔3251位置对应，安装时，底座5安装于所述动平台I和所述柔性杠杆位移放大机构3的下方，所述底座5上的两类螺纹孔51和52与所述动平台I和所述柔性杠杆位移放大机构3上的螺纹孔一一对应，并分别通过螺栓刚性连接。本发明定位机构的进一步特征是所述一个动平台1、四对弓形片簧2和两个柔性杠杆位移放大机构3及其连接采用整体加工方式一次性获得(参见图4)。这将有利于提高微定位机构本身的精度，并大幅降低加工成本。本发明定位机构可作为微/纳操作领域的辅助定位平台，实现微/纳操作领域的微量进给和精密定位。但并不排除应用于有类似技术要求的其他定位系统中。本发明定位机构可实现X、y两个平动自由度的主动调整。为了说明其工作方式，首先设定X轴，y轴位于水平面内，令动平台I的中心为坐标系的原点，取平行于动平台I的下方边缘所在的方向为X轴方向，则沿垂直于该边且过动平台I中心的方向为y轴。
本发明微定位机构的工作过程如下:只驱动与X轴平行的水平放置的压电陶瓷驱动器42使其长度增加，另一个压电陶瓷驱动器41不驱动，那么，压电陶瓷驱动器42工作端推动与其相抵触的单自由度柔性铰链3221产生水平位移，从而驱动竖直柔性杠杆位移放大机构32使位于其固定端的单自由度柔性铰链3211产生相应的弯曲变形，实现其工作端的位移放大作用，通过位于竖直柔性杠杆位移放大机构32工作端的单自由度柔性铰链3231拖动动平台1，在单自由度柔性铰链3231的拖动下，分布于动平台I左、右两个边缘上的两对弓形片簧2产生主要的弹性形变，从而使动平台I产生沿水平X方向的直线平动。只驱动与y轴平行的竖直放置的压电陶瓷驱动器41使其长度增加，另一个压电陶瓷驱动器42不驱动，那么，压电陶瓷驱动器41工作端推动与其相抵触的单自由度柔性铰链3121产生竖直方向的直线位移，从而驱动水平柔性杠杆位移放大机构31使位于其固定端的单自由度柔性铰链3111产生相应的弯曲变形，实现其工作端的位移放大作用，通过位于水平柔性杠杆位移放大机构31工作端的单自由度柔性铰链3131拖动动平台I，在单自由度柔性铰链3131的拖动下，分布于动平台I上、下两个边缘上的两对弓形片簧2产生主要的弹性形变，从而使动平台I产生沿竖直y方向的直线平动。本发明未述及之处适用于现有技术。需要补充说明的是，本发明描述结构所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安装方位词是依据实施例附图所示或习惯而言的，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。
权利要求
1.一种柔性微定位平台，其特征在于该微定位平台包括一个动平台、四对弓形片簧、两个柔性杠杆位移放大机构、两个压电陶瓷驱动器和一个底座； 所述动平台为正方形结构，由分布在其四个边缘上的四对弓形片簧支撑；动平台四条边的中线位置均向外延伸一个凸起，所述四个凸起中，位于动平台的下部边缘和左侧边缘上的两个凸起空置，位于动平台的上部边缘和右侧边缘上的两个凸起分别与两个柔性杠杆位移放大机构的输出端相连接；所述柔性杠杆位移放大机构的固定端与底座刚性连接，其输入端与两个压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，两个柔性杠杆位移放大机构的方向分别与其相连接的动平台的边缘方向平行；所述两个压电陶瓷驱动器的工作端顶在所述两个柔性杠杆位移放大机构的输入端，其非工作端顶在柔性杠杆位移放大机构固定端延伸出的“L”形刚性块上，“L”形刚性块的侧壁上加工有螺纹孔，压电陶瓷驱动器的非工作端通过该螺纹孔与“L”形刚性块刚性连接；每个所述“L”刚性块的上端面上加工有一个螺纹孔，且通过该螺纹孔，“L”形刚性块与底座连接； 所述四对弓形片簧结构形式完全相同，分别对称安装在动平台四条边缘的中线上，且每对弓形片簧的封闭端靠近所述边缘的中线，开口端则远离所述边缘的中线，所述每对弓形片簧开口端的两个分支中，一个分支与动平台连接，另一个分支向外延伸，并同时增加宽度，且在动平台的 顶角位置与相邻边缘上的弓形片簧开口端的另一个分支相连接，在所述增宽部分加工有三个螺纹孔，通过该螺纹孔与底座螺栓连接； 所述两个柔性杠杆位移放大机构结构组成相同，一个位于动平台的上部边缘外侧，水平放置，称为水平柔性杠杆位移放大机构；另一个位于动平台的右侧边缘外侧，竖直放置，称为竖直柔性杠杆位移放大机构；所述柔性杠杆位移放大机构均由一个刚性梁、三个柔性梁和一个“L”形刚性块构成；所述水平柔性杠杆位移放大机构中，刚性梁位于最上部，且水平放置，所述水平放置的刚性梁和所述弓形片簧之间从左向右依次分布有第一竖直柔性梁、第二竖直柔性梁和第三竖直柔性梁，三个竖直柔性梁上均开有一组半圆凹槽，每一组的左、右两个半圆凹槽对称分布于竖直柔性梁的左、右两个端面上，所述的三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在竖直柔性梁的中线左右对称分布；所述第一竖直柔性梁上端面与所述水平刚性梁相连接，下端面与第一“L”形刚性块连接，所述第二竖直柔性梁的上端面与所述水平刚性梁相连接，下端面与第一压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，所述第三竖直柔性梁上端面与所述水平刚性梁相连，下端面与动平台上部边缘中线位置上的凸起相连接，所述第一竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的固定端，所述第二竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的输入端，所述第三竖直柔性梁为所述水平柔性杠杆位移放大机构的输出端；同样道理，所述竖直柔性杠杆位移放大机构中，刚性梁位于最右部，且竖直放置，所述竖直放置的刚性梁和所述弓形片簧之间从下向上依次分布有第一水平柔性梁、第二水平柔性梁和第三水平柔性梁，三个水平柔性梁上均开有一组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于水平柔性梁的上、下两个端面上，所述的三组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在水平柔性梁的中线上下对称分布；所述第一水平柔性梁的右端面与所述竖直刚性梁相连接，左端面与第二“L”形刚性块连接，所述第二水平柔性梁的右端面与所述竖直刚性梁相连接，左端面与第二压电陶瓷驱动器的工作端相抵触，所述第三水平柔性梁的右端面与竖直刚性梁相连，左端面与动平台右部边缘中线位置上的凸起相连接，所述第一水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的固定端，所述第二水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的输入端，所述第三水平柔性梁为所述竖直柔性杠杆位移放大机构的输出端； 所述两个压电陶瓷驱动器结构组成相同，第一压电陶瓷驱动器位于所述水平柔性杠杆位移放大机构的第二竖直柔性梁和所述第一 “L”形刚性块之间；所述第二压电陶瓷驱动器位于所述竖直柔性杠杆位移放大机构的第二水平柔性梁和所述第二 “L”形刚性块之间；第一压电陶瓷驱动器竖直放置，其工作端抵在第二竖直柔性梁的下端面上，非工作端则抵在所述第一 “L”形刚性块水平部分的上侧面上，所述第一 “L”形刚性块水平部分的下侧面上开有螺纹孔，通过所述螺纹孔，所述第一压电陶瓷驱动器和所述第一 “L”形刚性块螺纹连接；同样道理，第二压电陶瓷驱动器水平放置，其安装连接方式逆时针旋转90度同于所述第一压电陶瓷驱动器； 所述底座是正方形结构，底座上开有两类螺纹孔:在与所述动平台四个顶角相对应的底座的四个位置上开有第一类螺纹孔，所述第一类螺纹孔共有四组，每一组螺纹孔均由三个尺寸相同的螺纹孔组成；另外，在底座与所述第一、第二 “L”形刚性块上端面所开螺纹孔相对应的两个位置上开有第二类螺纹孔，所述第二类螺纹孔共有两个，尺寸一致，分别位于所述第一 “L”形刚性块和所述第二 “L”形刚性块的下方位置；所述底座上的两类螺纹孔与动平台以及柔性杠杆位移放大机构上的螺纹孔一一对应，在安装时，所述动平台和柔性杠杆位移放大机构通过螺纹刚性固定于所述底座上。
2.根据权利要求1所述的柔性微定位平台，其特征在于所述一个动平台、四对弓形片簧和两个柔性杠杆位移放大机构及其连接采用整体加工方式一次性获得。
全文摘要
本发明公开一种柔性微定位平台，其特征在于，该定位平台包括一个动平台、四对弓形片簧、两个柔性杠杆位移放大机构、两个压电陶瓷驱动器和一个底座；所述动平台为正方形结构，由分布在其四个边缘上的四对弓形片簧支撑，所述柔性杠杆位移放大机构的固定端通过螺纹与所述底座刚性连接，其输入端与所述两个压电陶瓷驱动器的工作端相抵触；所述两个柔性杠杆位移放大机构的方向分别与其相连的所述动平台的边缘方向平行；所述两个压电陶瓷驱动器的工作端顶在所述两个柔性杠杆位移放大机构的输入端，非工作端顶在柔性杠杆位移放大机构固定端延伸出的“L”形刚性块上；所述“L”形刚性块上有螺纹孔，用于与压电陶瓷驱动器和与底座连接。
文档编号F16M11/04GK103216711SQ20131010368
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者贾晓辉, 刘今越, 姜云峰, 李铁军 申请人:河北工业大学