一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台的制作方法

本发明涉及小型精密设备的机械要素或光学要素等的微驱动机构，具体是指一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台。

背景技术：

1、微位移平台作为高精密设备的载物或者定位系统的重要部件，可进行距离精度极高的位移调整，其精度可达到纳米级别，称为纳米微动平台，现有的纳米微动平台普遍采用柔性梁作为传递形变微动位移的传动件，因此，受其结构原理限制，位移或微动的行程非常有限，不能适用于既要求可大行程位移输入，又具有纳米级微动和纳米级分辨率的位移控制；且现存纳米位移台普遍采用压电陶瓷致动器驱动，成本较高；另外，现有的大行程移动机构的调整精度大多为十微米级，同样无法满足上述双重需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台，包括行程输入模块、纳米级调节模块、底板以及立式基板，立式基板竖直固定设于底板上，行程输入模块与纳米级调节模块连接，并分别设置于立式基板的两侧，其中；

4、行程输入模块由粗调微分头输入实现微米级位移行程，输入模块包括传动构件、传动凸杆、微米级动平台以及竖向滚子滑板，粗调微分头水平设置并输入水平方向微米位移，驱动传动构件运动，传动凸杆竖直设置并固定安装于微米级动平台中部的正下方，传动构件驱动连接传动凸杆，用于将水平方向位移转化为微米级动平台z向的微米位移；微米级动平台设置于竖向滚子滑板的一侧上方，并与竖向滚子滑板的上端面固定连接，立式基板的一侧平面上设置有滚子组件，竖向滚子滑板由滚子组件导向和约束，沿立式基板竖直滑动，用于导向微米级动平台的调节；

5、纳米级调节模块由精调微分头输入实现纳米级位移调节，纳米级调节模块包括纳米级动平台和柔性铰链机构，纳米级动平台由位于其正下方的柔性铰链机构支撑和驱动，柔性铰链机构固定设置于竖向滚子滑板的另一侧侧面上，用于将行程输入模块的微米级位移同步至纳米级动平台，精调微分头水平设置，驱动连接柔性铰链机构，柔性铰链机构用于将水平位移转化为纳米级动平台的纳米级z向位移。

6、优选地，传动构件为三角形结构，其可转动安装于立式基板的另一侧平面上，传动构件具有输入型面和输出型面，粗调微分头的输入凸杆端面触压于输入型面，以输入水平位移，传动凸杆的下端面触压于输出型面上，同步驱动微米级动平台。

7、更为优选地，底板上设置有回位弹簧，回位弹簧上端与微米级动平台连接，用于产生回复力。

8、进一步优选地，柔性铰链机构包括一体成型的平台安装板、导向平行梁、传动柔性梁、输入平台以及基座，基座呈u形结构，其包括两侧的侧基板和底部的底基板，基座与平台安装板具有共线并沿z轴向的结构对称中心线，精调微分头位于结构对称中心线一侧，输入平台仅具有横向自由度，用于接受精调微分头的水平位移输入，并同步驱动其上设置的传动柔性梁的下端，传动柔性梁上端连接平台安装板，平台安装板上端面设置纳米级动平台，其两侧通过对称设置的导向平行梁，分别与两个侧基板连接，侧基板固定连接竖向滚子滑板上，用于支撑柔性铰链机构。

9、进一步优选地，传动柔性梁偏置设置于结构对称中心线的另一侧，在不受精调微分头的输入推杆的侧向驱动力时，传动柔性梁呈平行于z轴的自然状态。

10、进一步优选地，输入平台设置于滚子滑动机构上，滚子滑动机构包括横向滚子滑座以及用于导向横向滚子滑座横向滑动的轨道座，轨道座设置于底基板上，横向滚子滑座的上端面设置有平台定位槽，横向滚子滑座的一侧穿设有定位螺钉，在传动柔性梁初始状态下，定位螺钉施压于输入平台的一侧面，将输入平台的另一侧面贴合压紧于平台定位槽的一槽侧面上，使传动柔性梁沿z轴向被拉紧和约束，精调微分头的输入推杆驱动横向滚子滑座滑动以输入调节位移。

11、进一步优选地，平台定位槽的一槽侧面为楔形面，输入平台的另一侧面定位斜面，在定位螺钉的压紧下，楔形面与定位斜面贴合定位，用于进一步拉紧和约束传动柔性梁。

12、进一步优选地，精调微分头位于零点线时，输入推杆与横向滚子滑座为接触状态，楔形面与定位斜面之间设置调节垫片，用于调节使精调微分头位于零点线时，传动柔性梁处于初始状态或预设偏角状态。

13、进一步优选地，导向平行梁正中间一体成形有限位实体，限位实体与导向平行梁平行，并具有导向间隙，限位实体由侧基板支撑。

14、与现有技术相比，本发明的纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台具有以下的有益效果：

15、1、该手动位移平台集成了微米级的行程输入模块和纳米级调节模块，根据需要可将待测物放置于微米级动平台或纳米级动平台，手动调整实现微米级或纳米级调整位移，满足微米级粗调和纳米级精调需要；在进行精调时，利用行程输入模块将纳米级动平台上的待测物以微米级步长快速靠近目标位置，再利用纳米级调节模块微调纳米级动平台，使待测物与目标位置之间的误差控制在纳米级，实现低成本的纳米级分辨率位移控制；

16、2、该手动位移平台通过设置交叉滚子导轨，提高手动操作舒适性和响应灵敏性；此外，该手动位移平台还具有整体结构简单，加工简单，装配简单，成本低，负载大等特点；

17、3、该手动位移平台的纳米级调节模块还具有倾斜角预设功能，通过预设不同倾向的倾斜角，可控制纳米调节的调节方向，同时，负载自然形成的左倾斜角有利于提高位移调节精度，因越靠近目标，倾斜角越小，调节精度越高，该过程符合调节趋势要求，利于获得越来越高的纳米级分辨率。

技术特征：

1.一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台，其特征在于：包括行程输入模块、纳米级调节模块、底板以及立式基板，所述立式基板竖直固定设于所述底板上，所述行程输入模块与所述纳米级调节模块连接，并分别设置于所述立式基板的两侧，其中；

2.根据权利要求1所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述传动构件为三角形结构，其可转动安装于所述立式基板的另一侧平面上，所述传动构件具有输入型面和输出型面，所述粗调微分头的输入凸杆端面触压于所述输入型面，以输入水平位移，所述传动凸杆的下端面触压于所述输出型面上，同步驱动所述微米级动平台。

3.根据权利要求2所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述底板上设置有回位弹簧，所述回位弹簧上端与所述微米级动平台连接，用于产生回复力。

4.根据权利要求1所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述柔性铰链机构包括一体成型的平台安装板、导向平行梁、传动柔性梁、输入平台以及基座，所述基座呈u形结构，其包括两侧的侧基板和底部的底基板，所述基座与所述平台安装板具有共线并沿z轴向的结构对称中心线，所述精调微分头位于所述结构对称中心线一侧，所述输入平台仅具有横向自由度，用于接受所述精调微分头的水平位移输入，并同步驱动其上设置的所述传动柔性梁的下端，所述传动柔性梁上端连接所述平台安装板，所述平台安装板上端面设置所述纳米级动平台，其两侧通过对称设置的所述导向平行梁，分别与两个所述侧基板连接，所述侧基板固定连接所述竖向滚子滑板上，用于支撑所述柔性铰链机构。

5.根据权利要求4所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述传动柔性梁偏置设置于所述结构对称中心线的另一侧，在不受所述精调微分头的输入推杆的侧向驱动力时，所述传动柔性梁呈平行于z轴的自然状态。

6.根据权利要求5所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述输入平台设置于滚子滑动机构上，所述滚子滑动机构包括横向滚子滑座以及用于导向横向滚子滑座横向滑动的轨道座，所述轨道座设置于所述底基板上，所述横向滚子滑座的上端面设置有平台定位槽，所述横向滚子滑座的一侧穿设有定位螺钉，在自然状态下，所述定位螺钉施压于所述输入平台的一侧面，将所述输入平台的另一侧面贴合压紧于所述平台定位槽的一槽侧面上，使所述传动柔性梁沿z轴向被拉紧和约束，所述输入推杆驱动所述横向滚子滑座滑动以输入调节位移。

7.根据权利要求6所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述平台定位槽的一槽侧面为楔形面，所述输入平台的另一侧面定位斜面，在所述定位螺钉的压紧下，所述楔形面与所述定位斜面贴合定位，用于进一步拉紧和约束所述传动柔性梁。

8.根据权利要求4所述的大行程手动位移平台，其特征在于：所述导向平行梁正中间一体成形有限位实体，所述限位实体与所述导向平行梁平行，并具有导向间隙，所述限位实体由所述侧基板支撑。

技术总结本发明公开了一种纳米级分辨率输出的大行程手动位移平台，包括行程输入模块、纳米级调节模块、底板及立式基板，行程输入模块和纳米级调节模块设于立式基板两侧，行程输入模块由粗调微分头输入位移，输入模块包括传动构件、传动凸杆、微米级动平台及竖向滚子滑板，纳米级调节模块由精调微分头输入位移，纳米级调节模块包括纳米级动平台和柔性铰链机构，微米级动平台与竖向滚子滑板连接；该位移平台集成微米级行程输入模块和纳米级调节模块，可实现微米级粗调和纳米级精调，精调时利用行程输入模块将待测物以微米级步长靠近目标位置，再经纳米级调节模块微调，使待测物与目标间误差为纳米级，实现低成本得纳米级分辨率位移控制。技术研发人员：崔良玉,韩建鑫受保护的技术使用者：天津纳微机器人科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5