二级位移放大的XYθ三自由度柔顺精密定位平台的制作方法

本发明涉及微纳操作、精密定位技术领域，尤其涉及一种二级位移放大的xyθ三自由度柔顺精密定位平台。

背景技术：

随着机械精密领域、微观生物领域的发展，微纳米测量与表征已经成为学者研究的焦点，微纳米技术因此得到迅速的发展，微纳米精度级别装置的用途越来越广泛。现有的三自由度微纳米精密定位平台多用压电陶瓷作为驱动器，压电陶瓷具有高输出力、高响应速度和高分辨率，然而其输出位移却有限，不能满足科学研究时的行程要求，因而需要用到放大机构来放大行程，但是应用放大机构时往往会带来结构体积较大、固有频率低等问题，所以急需设计一种可以解决该问题的三自由度定位平台。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种二级位移放大的xyθ三自由度柔顺精密定位平台。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种二级位移放大的xyθ三自由度柔顺精密定位平台，其特征在于：包括六边形基座、压电陶瓷驱动器、动平台和三个结构完全相同的二级位移放大柔性支链；所述基座的三等边与压电陶瓷驱动器的伸缩方向相垂直，在所述基座的三个夹角位置分别设置三个凹槽，所述压电陶瓷驱动器通过预紧螺钉放置在所述凹槽内，所述动平台布置在所述六边形基座的中心并与所述二级位移放大柔性支链连接，所述二级位移放大柔性支链、动平台、基座通过柔性圆形铰链相连接，整体结构使用线切割一体加工制造。

优选地，所述二级位移放大柔性支链由sr位移放大机构和杠杆位移放大机构组成；所述sr位移放大机构包括叶片柔性板簧、平板移动副、第一圆形铰链、第二圆形铰链、第三圆形铰链、第四圆形铰链、第一连杆、第二连杆以及第三连杆；所述叶片柔性板簧的两端一体连接在基座上，所述平板移动副固定在所述叶片柔性板簧的中部，平板移动副与压电陶瓷驱动器的位移输出端接触，所述平板移动副另一侧通过所述第一圆形铰链与所述第一连杆的一端连接，所述第一连杆的另一端分别连接有第二圆形铰链和第四圆形铰链，所述第二圆形铰链的另一端通过所述第二连杆与所述第三圆形铰链连接，所述第三圆形铰链作为sr位移放大机构的固定端与所述基座一体连接，所述第四圆形铰链的另一端与所述第三连杆的一端连接；所述杠杆位移放大机构包括第五圆形铰链、第六圆形铰链、第七圆形铰链、第八圆形铰链、第四连杆和第五连杆；所述第三连杆的另一端通过所述第五圆形铰链与所述第四连杆的下部连接，所述第四连杆的一端与所述第六圆形铰链一端连接，所述第六圆形铰链作为杠杆位移放大机构的固定端与所述基座一体连接，所述第四连杆的另一端通过所述第七圆形铰链与所述第五连杆一端连接，所述第五连杆另一端所述第八圆形铰链的一端连接，所述第八圆形铰链的另一端与所述动平台一体连接；每个柔性支链通过第八圆形铰链与动平台连接，三个柔性支链围绕动平台中心呈120°夹角均匀分布。

优选地，所述第四连杆和第五连杆的轴线相互垂直。

优选地，所述第一圆形铰链与所述第六圆形铰链的轴线相平行且和第二圆形铰链的轴线相垂直，所述第四圆形铰链的轴线与所述第六圆形铰链的轴线相垂直。

本发明的有益效果是:整个定位平台由电火花线切割技术进行一体式的制造加工，消除了机械装配所带来的误差；采用sr位移放大机构和杠杆位移放大机构结合，提高压电陶瓷驱动器在x、y方向的平动输出位移，放大了绕z轴方向转动的转动角。在设计该平台时，对整个结构的尺寸加以优化，使其结构紧凑，平台大小为82×80×10mm³，为普通二级位移放大机构平台的39％；并且使该平台有一个较高的固有频率，通过仿真分析得其一阶固有频率为700hz，较之普通的二级位移放大平台有显著提高，有效改善平台的动态特性；叶片柔性板簧保证了sr位移放大机构输出和输入的直线性，提高了动平台的运动精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的柔性结构示意图；

图3为本发明的柔性支链示意图；

图中：1、基座，2、压电陶瓷驱动器，3、sr位移放大机构，4、杠杆位移放大机构，5、预紧螺栓，6、动平台，7、凹槽，8、通孔，9、叶片柔性板簧，10、平板移动副，11、第一圆形铰链，12、第七圆形铰链，13、第五连杆，14、第八圆形铰链，15、第四连杆，16、第五圆形铰链，17、第六圆形铰链，18、第三连杆，19、第四圆形铰链，20、第三圆形铰链，21、第二连杆，22、第一连杆，23、第二圆形铰链，24、二级位移放大柔性支链。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种二级位移放大的xyθ三自由度柔顺精密定位平台，包括六边形基座1、压电陶瓷驱动器2、动平台6和三个结构完全相同的二级位移放大柔性支链24；所述基座的三等边与压电陶瓷驱动器的伸缩方向相垂直，在所述基座的三个夹角位置分别设置三个凹槽7，所述压电陶瓷驱动器通过预紧螺钉5放置在所述凹槽内，预紧螺钉拧在基座上的通孔8内，所述动平台布置在所述六边形基座的中心并与所述二级位移放大柔性支链连接，所述二级位移放大柔性支链、动平台、基座通过柔性圆形铰链相连接，整体结构使用线切割一体加工制造。所述二级位移放大柔性支链由sr位移放大机构3和杠杆位移放大机构4组成；所述sr位移放大机构包括叶片柔性板簧9、平板移动副10、第一圆形铰链11、第二圆形铰链23、第三圆形铰链20、第四圆形铰链19、第一连杆22、第二连杆21以及第三连杆18；所述叶片柔性板簧的两端一体连接在基座上，所述平板移动副固定在所述叶片柔性板簧的中部，平板移动副与压电陶瓷驱动器的位移输出端接触，所述平板移动副另一侧通过所述第一圆形铰链与所述第一连杆的一端连接，所述第一连杆的另一端分别连接有第二圆形铰链和第四圆形铰链，所述第二圆形铰链的另一端通过所述第二连杆与所述第三圆形铰链连接，所述第三圆形铰链作为sr位移放大机构的固定端与所述基座一体连接，所述第四圆形铰链的另一端与所述第三连杆的一端连接；所述杠杆位移放大机构包括第五圆形铰链16、第六圆形铰链17、第七圆形铰链12、第八圆形铰链14、第四连杆15和第五连杆13；所述第三连杆的另一端通过所述第五圆形铰链与所述第四连杆的下部连接，所述第四连杆的一端与所述第六圆形铰链一端连接，所述第六圆形铰链作为杠杆位移放大机构的固定端与所述基座一体连接，所述第四连杆的另一端通过所述第七圆形铰链与所述第五连杆一端连接，所述第五连杆另一端所述第八圆形铰链的一端连接，所述第八圆形铰链的另一端与所述动平台一体连接；每个柔性支链通过第八圆形铰链与动平台连接，三个柔性支链围绕动平台中心呈120°夹角均匀分布。

在本实施例中，当压电陶瓷驱动器2输入驱动电压时，压电陶瓷驱动器2将会伸长(缩短)并推动平板移动副10移动，从而在sr位移放大机构3输入端的第一圆形铰链11输入位移，然后通过第三连杆18将位移传递给杠杆位移放大机构4，进而带动杠杆位移放大机构4的输出端第七圆形铰链12输出位移，经过sr和杠杆二级位移放大，通过第五连杆13和第八圆形铰链14最终实现动平台6的大行程运动，叶片柔性板簧9可以保证sr位移放大机构3的输入为直线。

通过对三个压电陶瓷驱动器2施加以不同的输入电压，从而可以实现动平台6沿着x、y的平动与绕z轴的转动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。