一种三自由度大行程柔性纳米定位平台的制作方法
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 为纳米柔性运动平台结构示意图；
[0039]图3为纳米柔性运动平台原理图；
[0040]图4为A区视图；
[0041]图5为B区视图；
[0042]图中，1、双级形板簧，2、矩形板簧，3、Y向驱动器Υ2，4、X向驱动器XI，5、Y向驱动器Yl，6、运动平台，7、固定底座，8、Χ向驱动器Χ2，10、三自由度大行程纳米柔性定位平台；
[0043]101、基座，1012、基座第一连接部，1013、基座第二连接部，1014、基座第三连接部，1015、基座第四连接部；
[0044]102、终端平台，1021、终端平台第一连接部，1022、终端平台第二连接部，1023、终端平台第三连接部，1024、终端平台第四连接部；
[0045]1031、第一 X向柔性解耦件，1032、第二 X向柔性解耦件，1033、第三X向柔性解耦件，1034、第四X向柔性解耦件；
[0046]1041、第一连接件，1042、第二连接件，1043、第三连接件，1044、第二四连接件；
[0047]1051、第一 Y向柔性解耦件，1052、第二 Y向柔性解耦件，1053、第三Y向柔性解耦件，1054、第四Y向柔性解耦件；
[0048]10531、双级π型板簧一级模块，10532、双级π型板簧二级模块。
【具体实施方式】
:
[0049]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0050]下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10。本实例中XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10包括:
[0051]固定底座7，包括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、固定底座第四连接部；Χ向驱动器Xl (4)，X向驱动器Χ2 (8)和Y向驱动器Yl (5)，Y向驱动器Υ2 (3)。
[0052]基座101、基座第一连接部1012、基座第二连接部1013、基座第三连接部1014、基座第四连接部1015 ;终端平台102、终端平台第一连接部1021、终端平台第二连接部1022、终端平台第三连接部1023、终端平台第四连接部1024 ;第一 X向柔性解耦件1031、第二X向柔性解耦件1032、第三X向柔性解耦件1033、第四X向柔性解耦件1034 ;第一连接件1041、第二连接件1042、第三连接件1043、第四连接件1044 ;第一 Y向柔性解耦件1051、第二 Y向柔性解耦件1052、第三Y向柔性解耦件1053、第四Y向柔性解耦件1054。
[0053]第一 X向柔性解耦件1031沿X向延伸且分别与基座101和第一连接件1041相连，第二 X向柔性解耦件1032沿X向延伸且分别与终端平台和第二连接件1042相连，第三X向柔性解耦件1033沿X向延伸且分别与基座和第三连接件1043相连，第四X向柔性解耦件1034沿X向延伸且分别与终端平台和第四连接件1044相连。
[0054]第一 Y向柔性解耦件1051沿Y向延伸且分别与终端平台102和第一连接件1041相连，第二 Y向柔性解耦件1052沿Y向延伸且分别与基座101和第二连接件1042相连，第三Y向柔性解耦件1053沿Y向延伸且分别与终端平台102和第三连接件1043相连，第四Y向柔性解耦件1054沿Y向延伸且分别与基座101和第四连接件1044相连。
[0055]进一步的，所述运动平台6包括:第一连接件1041和第二连接件1042，第三连接件1043和第四连接件1044 ；
[0056]第一连接件1041与第一 X向柔性解耦件1031、第一 Y向柔性解耦件1051及Y向驱动器Yl相连；第二连接件1042与第二 X向柔性解耦件1032，第二 Y向柔性解耦件1052，X向驱动器Xl相连；第三连接件1043与第三X向柔性解耦件1033，第三Y向柔性解耦件1053，Y向驱动器Υ2相连；第四连接件1044与第四X向柔性解耦件1034，第四Y向柔性解耦件1054，X向驱动器Χ2相连。
[0057]所述X向驱动器Xl (4)与第二连接件1042及固定底座第一连接部1012相连；所述X向驱动器Χ2 (8)与第四连接件1044及固定底座第二连接部1013相连；所述Y向驱动器Yl (5)与第一连接件1041及固定底座第一连接部1012相连；所述Y向驱动器Υ2 (3)与第三连接件1043及固定底座第一连接部1012相连。
[0058]所述第一 X向柔性解耦件1031沿X向延伸且分别与基座101和第一连接件1041相连；所述第二 X向柔性解耦件1032中双级31型板簧与终端平台第二连接部1022、终端平台第三连接部1023及第一连接件1041相连；所述第三X向柔性解耦件1033沿X向延伸且分别与基座101和第三连接件1043相连；所述第四X向柔性解耦件1034中双级π型板簧与终端平台第四连接部1024、终端平台第一连接部1021及第二连接件1042相连；
[0059]所述第一 Y向柔性解耦件1051中双级型板簧与终端平台第一连接部1021、终端平台第二连接部1022及第一连接件1041相连；第二 Y向柔性解耦件1052沿Y向延伸且分别与基座101和第二连接件1042相连；所述第三Y向柔性解耦件1053中双级π型板簧与终端平台第三连接部1023、终端平台第四连接部1024及第二连接件1042相连；第四Y向柔性解耦件1054沿Y向延伸且分别与基座101和第四连接件1044相连。
[0060]优选地，XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10相对XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的中心呈中心对称，总体呈旋转布局，可以提高ΧΥΘ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的运动精度，达到了大行程、超精密、无耦合的定位技术要求，可广泛应用于AFM(原子力显微镜)装置，纳米压印光刻，原子力显微镜，芯片制造，生物医学工程等领域中需要微纳操控的场合，可以结合自主开发的反馈控制系统提高带宽，加快响应时间。
[0061]有利地，本实施例中的纳米柔性定位平台10为一体式结构可用线切割加工方法得到不需装配，没有摩擦，从而避免了装配误差和摩擦对于定位精度的影响。
[0062]本方案所提及的矩形型板簧，双级型板簧为现有技术，在此不进行赘述。
[0063]本发明所提供的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台装置，集成了并联机构空间多自由度运动的优点和杠杆结构对于输出位移具有放大作用的优点，并且采用对称形式布置以消除耦合。
[0064]下面结合图1-图5描述根据本发明实施例的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的工作过程。
[0065]当X向驱动器Xl (4)、X向驱动器X2⑶同向X正向运动时，第一 X向柔性解耦件1031起支撑作用不变形，第二 X向柔性解耦件1032不变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033起支撑作用不变形，第四X向柔性解耦件1034不变形推动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051发生挠曲变形，第二 Y向柔性解耦件1052延X向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053发生挠曲变形，第四Y向柔性解耦件1054延X向拉伸变形起导向作用，可实现X正向运动。
[0066]当X向驱动器Xl (4)、X向驱动器X2⑶同向X负向运动时，同理可实现X负向运动。
[0067]当Y向驱动器Yl (5)、Y向驱动器Υ2 (3)同向Y正向运动时，第一 Y向柔性解耦件1051不变形且推动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052起支撑作用不变形，第三Y向柔性解耦件1053不变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054起支撑作用不变形；第一 X向柔性解耦件1031延Y向拉伸变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形，第三X向柔性解耦件1033延Y向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形，可实现Y正向运动。
[0068]当Y向驱动器Yl (5)、Y向驱动器Υ2 (3)同向Y负向运动时，同理可实现Y负向运动。
[0069]当X方向两个驱动器中，X向驱动器Xl (4)向X正向运动，X向驱动器X2向X负向运动时，第一 X向柔性解耦件1031起支撑作用不变形，第二 X向柔性解耦件 1032发生挠曲变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033起支撑作用不变形，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形拉动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051发生挠曲变形，第二 Y向柔性解耦件1052延X正向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053发生挠曲变形，第四Y向柔性解耦件1054延X反向压缩变形起导向作用，可实现Z向顺时针转动。
[0070]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X负向运动，X向驱动器X2⑶向X正向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0071]当Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y负向运动，Y向驱动器Y2(3)向Y正向运动时，第一 Y向柔性解耦件1051变形且拉动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052起支撑作用不变形，第三Y向柔性解耦件1053变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054起支撑作用不变形；第一 X向柔性解耦件1031延Y负向压缩变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形，第三X向柔性解耦件1033延Y正向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形，可实现Z向顺时针转动。
[0072]当Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y正向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y负向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0073]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X正向运动，X向驱动器Χ2⑶向X负向运动，Y方向两个驱动器Yl (5)向Y负向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y正向运动时，第一 X向柔性解耦件1031延Y负向压缩变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033延Y正向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形拉动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051变形且拉动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052延X正向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054延X反向压缩变形起导向作用，可实现Z向顺时针转动。
[0074]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X负向运动，X向驱动器Χ2⑶向X正向运动，Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y正向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y负向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0075]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，包括固定底座，所述固定底座上设置有运动平台，运动平台总体呈旋转布局结构，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；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；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Y1及Y向驱动器Y2。2.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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；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；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。3.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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Y1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XI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Y2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X2相连。4.如权利要求1或3所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，所述X向驱动器XI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X2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Y1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Y2与第三连接件及固定底座第一连接部相连。5.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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；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型板簧。6.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。7.如权利要求1或6所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，所述第一 Y向柔性解耦件中双级JT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JT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。8.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。9.如权利要求1或5所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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； 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。10.如权利要求1或5所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。
【专利摘要】本发明公开了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四个呈中心对称分布的X向柔性解耦件及四个呈中心对称分布的Y向柔性解耦件，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X向驱动器X1、X向驱动器X2、Y向驱动器Y1及Y向驱动器Y2。本发明具有结构紧凑，采用音圈电机驱动器内置于双级π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。
【IPC分类】F16M11/18, F16M11/12
【公开号】CN104896268
【申请号】CN201510287783
【发明人】闫鹏, 张立龙, 刘鹏博
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日
【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 为纳米柔性运动平台结构示意图；
[0039]图3为纳米柔性运动平台原理图；
[0040]图4为A区视图；
[0041]图5为B区视图；
[0042]图中，1、双级形板簧，2、矩形板簧，3、Y向驱动器Υ2，4、X向驱动器XI，5、Y向驱动器Yl，6、运动平台，7、固定底座，8、Χ向驱动器Χ2，10、三自由度大行程纳米柔性定位平台；
[0043]101、基座，1012、基座第一连接部，1013、基座第二连接部，1014、基座第三连接部，1015、基座第四连接部；
[0044]102、终端平台，1021、终端平台第一连接部，1022、终端平台第二连接部，1023、终端平台第三连接部，1024、终端平台第四连接部；
[0045]1031、第一 X向柔性解耦件，1032、第二 X向柔性解耦件，1033、第三X向柔性解耦件，1034、第四X向柔性解耦件；
[0046]1041、第一连接件，1042、第二连接件，1043、第三连接件，1044、第二四连接件；
[0047]1051、第一 Y向柔性解耦件，1052、第二 Y向柔性解耦件，1053、第三Y向柔性解耦件，1054、第四Y向柔性解耦件；
[0048]10531、双级π型板簧一级模块，10532、双级π型板簧二级模块。
【具体实施方式】
:
[0049]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0050]下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10。本实例中XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10包括:
[0051]固定底座7，包括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、固定底座第四连接部；Χ向驱动器Xl (4)，X向驱动器Χ2 (8)和Y向驱动器Yl (5)，Y向驱动器Υ2 (3)。
[0052]基座101、基座第一连接部1012、基座第二连接部1013、基座第三连接部1014、基座第四连接部1015 ;终端平台102、终端平台第一连接部1021、终端平台第二连接部1022、终端平台第三连接部1023、终端平台第四连接部1024 ;第一 X向柔性解耦件1031、第二X向柔性解耦件1032、第三X向柔性解耦件1033、第四X向柔性解耦件1034 ;第一连接件1041、第二连接件1042、第三连接件1043、第四连接件1044 ;第一 Y向柔性解耦件1051、第二 Y向柔性解耦件1052、第三Y向柔性解耦件1053、第四Y向柔性解耦件1054。
[0053]第一 X向柔性解耦件1031沿X向延伸且分别与基座101和第一连接件1041相连，第二 X向柔性解耦件1032沿X向延伸且分别与终端平台和第二连接件1042相连，第三X向柔性解耦件1033沿X向延伸且分别与基座和第三连接件1043相连，第四X向柔性解耦件1034沿X向延伸且分别与终端平台和第四连接件1044相连。
[0054]第一 Y向柔性解耦件1051沿Y向延伸且分别与终端平台102和第一连接件1041相连，第二 Y向柔性解耦件1052沿Y向延伸且分别与基座101和第二连接件1042相连，第三Y向柔性解耦件1053沿Y向延伸且分别与终端平台102和第三连接件1043相连，第四Y向柔性解耦件1054沿Y向延伸且分别与基座101和第四连接件1044相连。
[0055]进一步的，所述运动平台6包括:第一连接件1041和第二连接件1042，第三连接件1043和第四连接件1044 ；
[0056]第一连接件1041与第一 X向柔性解耦件1031、第一 Y向柔性解耦件1051及Y向驱动器Yl相连；第二连接件1042与第二 X向柔性解耦件1032，第二 Y向柔性解耦件1052，X向驱动器Xl相连；第三连接件1043与第三X向柔性解耦件1033，第三Y向柔性解耦件1053，Y向驱动器Υ2相连；第四连接件1044与第四X向柔性解耦件1034，第四Y向柔性解耦件1054，X向驱动器Χ2相连。
[0057]所述X向驱动器Xl (4)与第二连接件1042及固定底座第一连接部1012相连；所述X向驱动器Χ2 (8)与第四连接件1044及固定底座第二连接部1013相连；所述Y向驱动器Yl (5)与第一连接件1041及固定底座第一连接部1012相连；所述Y向驱动器Υ2 (3)与第三连接件1043及固定底座第一连接部1012相连。
[0058]所述第一 X向柔性解耦件1031沿X向延伸且分别与基座101和第一连接件1041相连；所述第二 X向柔性解耦件1032中双级31型板簧与终端平台第二连接部1022、终端平台第三连接部1023及第一连接件1041相连；所述第三X向柔性解耦件1033沿X向延伸且分别与基座101和第三连接件1043相连；所述第四X向柔性解耦件1034中双级π型板簧与终端平台第四连接部1024、终端平台第一连接部1021及第二连接件1042相连；
[0059]所述第一 Y向柔性解耦件1051中双级型板簧与终端平台第一连接部1021、终端平台第二连接部1022及第一连接件1041相连；第二 Y向柔性解耦件1052沿Y向延伸且分别与基座101和第二连接件1042相连；所述第三Y向柔性解耦件1053中双级π型板簧与终端平台第三连接部1023、终端平台第四连接部1024及第二连接件1042相连；第四Y向柔性解耦件1054沿Y向延伸且分别与基座101和第四连接件1044相连。
[0060]优选地，XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10相对XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的中心呈中心对称，总体呈旋转布局，可以提高ΧΥΘ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的运动精度，达到了大行程、超精密、无耦合的定位技术要求，可广泛应用于AFM(原子力显微镜)装置，纳米压印光刻，原子力显微镜，芯片制造，生物医学工程等领域中需要微纳操控的场合，可以结合自主开发的反馈控制系统提高带宽，加快响应时间。
[0061]有利地，本实施例中的纳米柔性定位平台10为一体式结构可用线切割加工方法得到不需装配，没有摩擦，从而避免了装配误差和摩擦对于定位精度的影响。
[0062]本方案所提及的矩形型板簧，双级型板簧为现有技术，在此不进行赘述。
[0063]本发明所提供的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台装置，集成了并联机构空间多自由度运动的优点和杠杆结构对于输出位移具有放大作用的优点，并且采用对称形式布置以消除耦合。
[0064]下面结合图1-图5描述根据本发明实施例的XY Θ三自由度大行程纳米柔性定位平台10的工作过程。
[0065]当X向驱动器Xl (4)、X向驱动器X2⑶同向X正向运动时，第一 X向柔性解耦件1031起支撑作用不变形，第二 X向柔性解耦件1032不变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033起支撑作用不变形，第四X向柔性解耦件1034不变形推动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051发生挠曲变形，第二 Y向柔性解耦件1052延X向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053发生挠曲变形，第四Y向柔性解耦件1054延X向拉伸变形起导向作用，可实现X正向运动。
[0066]当X向驱动器Xl (4)、X向驱动器X2⑶同向X负向运动时，同理可实现X负向运动。
[0067]当Y向驱动器Yl (5)、Y向驱动器Υ2 (3)同向Y正向运动时，第一 Y向柔性解耦件1051不变形且推动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052起支撑作用不变形，第三Y向柔性解耦件1053不变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054起支撑作用不变形；第一 X向柔性解耦件1031延Y向拉伸变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形，第三X向柔性解耦件1033延Y向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形，可实现Y正向运动。
[0068]当Y向驱动器Yl (5)、Y向驱动器Υ2 (3)同向Y负向运动时，同理可实现Y负向运动。
[0069]当X方向两个驱动器中，X向驱动器Xl (4)向X正向运动，X向驱动器X2向X负向运动时，第一 X向柔性解耦件1031起支撑作用不变形，第二 X向柔性解耦件 1032发生挠曲变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033起支撑作用不变形，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形拉动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051发生挠曲变形，第二 Y向柔性解耦件1052延X正向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053发生挠曲变形，第四Y向柔性解耦件1054延X反向压缩变形起导向作用，可实现Z向顺时针转动。
[0070]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X负向运动，X向驱动器X2⑶向X正向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0071]当Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y负向运动，Y向驱动器Y2(3)向Y正向运动时，第一 Y向柔性解耦件1051变形且拉动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052起支撑作用不变形，第三Y向柔性解耦件1053变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054起支撑作用不变形；第一 X向柔性解耦件1031延Y负向压缩变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形，第三X向柔性解耦件1033延Y正向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形，可实现Z向顺时针转动。
[0072]当Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y正向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y负向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0073]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X正向运动，X向驱动器Χ2⑶向X负向运动，Y方向两个驱动器Yl (5)向Y负向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y正向运动时，第一 X向柔性解耦件1031延Y负向压缩变形起导向作用，第二 X向柔性解耦件1032发生挠曲变形且拉动终端平台102运动，第三X向柔性解耦件1033延Y正向压缩变形起导向作用，第四X向柔性解耦件1034发生挠曲变形拉动终端平台102运动；第一 Y向柔性解耦件1051变形且拉动终端平台102运动，第二 Y向柔性解耦件1052延X正向压缩变形起导向作用，第三Y向柔性解耦件1053变形且拉动终端平台102运动，第四Y向柔性解耦件1054延X反向压缩变形起导向作用，可实现Z向顺时针转动。
[0074]当X方向两个驱动器，X向驱动器Xl⑷向X负向运动，X向驱动器Χ2⑶向X正向运动，Y方向两个驱动器，Y向驱动器Yl (5)向Y正向运动，Y向驱动器Υ2 (3)向Y负向运动时，同理可实现Z向逆时针转动。
[0075]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，包括固定底座，所述固定底座上设置有运动平台，运动平台总体呈旋转布局结构，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；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；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Y1及Y向驱动器Y2。2.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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；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；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。3.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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Y1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XI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Y2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X2相连。4.如权利要求1或3所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，所述X向驱动器XI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X2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Y1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Y2与第三连接件及固定底座第一连接部相连。5.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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；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型板簧。6.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。7.如权利要求1或6所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，所述第一 Y向柔性解耦件中双级JT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JT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。8.如权利要求1所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。9.如权利要求1或5所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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； 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。10.如权利要求1或5所述的一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，其特征是，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。
【专利摘要】本发明公开了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四个呈中心对称分布的X向柔性解耦件及四个呈中心对称分布的Y向柔性解耦件，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X向驱动器X1、X向驱动器X2、Y向驱动器Y1及Y向驱动器Y2。本发明具有结构紧凑，采用音圈电机驱动器内置于双级π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。
【IPC分类】F16M11/18, F16M11/12
【公开号】CN104896268
【申请号】CN201510287783
【发明人】闫鹏, 张立龙, 刘鹏博
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月29日
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