專利名稱：六自由度超精密定位及微細(xì)操作平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于六維空間內(nèi)精密自動(dòng)定位及微細(xì)操作平臺(tái)。
目前，廣泛用于各領(lǐng)域的精密定位裝置的傳動(dòng)方式多是由多個(gè)零部件組成的機(jī)械式硬摩擦傳動(dòng)，因此，不可避免地存在著間隙、摩擦洄滯，且易發(fā)熱，定位精度很難提升到“亞微米”、“納米”級(jí)；近幾年出現(xiàn)的壓電陶瓷致動(dòng)柔性鉸鏈形式的超精密定位裝置，具有無(wú)間隙、無(wú)摩擦、免潤(rùn)滑、不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，精度也能達(dá)到“納米”，但是，它只能是單方向定位，若要多方向定位時(shí)，它只能是各單方向定位的裝置的疊加組裝而成，因此，會(huì)產(chǎn)生累積誤差，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的是，制造一種具有亞微米級(jí)定位精度、無(wú)摩擦、無(wú)間隙、不發(fā)熱、累積誤差小，可在空間內(nèi)六個(gè)自由度上實(shí)現(xiàn)精密定位和角度調(diào)整的微細(xì)操作平臺(tái)。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，整個(gè)裝置由上下兩部分串接而成，下半部分的運(yùn)動(dòng)輸出平臺(tái)同時(shí)又是上半部分的基架。
上半部分的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與基架之間由三條支鏈連接，并呈均勻?qū)ΨQ分布；每條支鏈上的支架與連架桿之間由與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，連架桿與兩個(gè)連桿之間由兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，兩個(gè)連桿與另外一個(gè)連桿之間由另外兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，連桿與連接桿之間通過(guò)球副柔性鉸鏈相接，連桿與嵌放壓電陶瓷致動(dòng)器的凸臺(tái)之間由另外一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，各支鏈與基架及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間均通過(guò)螺釘和圓柱銷釘連接。
下半部分由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、墊塊、基平臺(tái)、壓電陶瓷組成，基平臺(tái)上均勻分布著三條支鏈，每個(gè)支鏈上的連接桿與連桿之間由與之為一體的柔性鉸鏈相接，連桿與連架桿由另一個(gè)與之為一體的柔性鉸鏈相接，連架桿與嵌放壓電陶瓷致動(dòng)器的開(kāi)槽和基平臺(tái)體分別由另外兩個(gè)柔性鉸鏈相接，基平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)墊塊由螺釘和圓柱銷釘連接。
本實(shí)用新型由于采用了壓電陶瓷作為致動(dòng)器，保證了驅(qū)動(dòng)源的高精度運(yùn)動(dòng)輸出和快的響應(yīng)速度，輸出力大，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，又由于各轉(zhuǎn)動(dòng)副均采用了柔性鉸鏈，因此保證了運(yùn)動(dòng)傳遞的連續(xù)性、無(wú)洄滯、無(wú)摩擦、免潤(rùn)滑，沒(méi)有機(jī)械損耗，且結(jié)構(gòu)緊湊。本實(shí)用新型既可單獨(dú)作為微操作、微定位平臺(tái)用，也可裝配在工業(yè)機(jī)械手的末端，完成大工作范圍內(nèi)的精密定位及誤差補(bǔ)償用。應(yīng)用領(lǐng)域包括光學(xué)工程中的光纖對(duì)接、光路校正、生物工程中的細(xì)胞或基因操作、醫(yī)學(xué)工程中的顯微外科手術(shù)、微電子機(jī)械加工與裝配、生物芯片的制作及物理近場(chǎng)光學(xué)的研究等。


圖1為本實(shí)用新型的外型圖；圖2為本實(shí)用新型的上半部分I的外型圖；圖3為本實(shí)用新型上半部分I中單條支鏈4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的下半部分II的外型圖；圖5為本實(shí)用新型的下半部分II中墊快27的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型下半部分II中基平臺(tái)26的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型由上下兩部分I、II串接而成，上半部分I的基架1同時(shí)又是下半部分II的運(yùn)動(dòng)輸出平臺(tái)1。
上半部分I包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8、支鏈4、基架1、壓電陶瓷致動(dòng)器5。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8與基架1之間由三條運(yùn)動(dòng)支鏈4連接，且呈均勻?qū)ΨQ分布；每條支鏈上包括支架9，轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈10、12、13、18、19、21，連架桿15，連桿11、16、20，連接桿23及球副柔性鉸鏈22；一條支鏈由一塊材料加工而成，支架9與連架桿15之間由與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈10相接，連架桿15與兩個(gè)連桿11及20之間由兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈12及19相接，連桿11及20與另外一個(gè)連桿16之間由另外兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈13及21相接，連桿16與連接桿23之間通過(guò)球副柔性鉸鏈22相接；連桿20與嵌放壓電陶瓷致動(dòng)器5的凸臺(tái)17之間由另外一個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈18相接；壓電陶瓷致動(dòng)器5嵌放在支鏈4的開(kāi)槽內(nèi)，一端頂住凸臺(tái)17，另一端與連架桿15上的凸臺(tái)14接觸，并保證有一定的預(yù)緊力；柔性鉸鏈18的作用是保證在壓電陶瓷致動(dòng)器5驅(qū)動(dòng)過(guò)程中連桿20能繞柔性鉸鏈19及21自由轉(zhuǎn)動(dòng)；用沉頭螺釘2和圓柱銷3將各支鏈與基平臺(tái)固接起來(lái)；用螺釘7及圓柱銷釘6將各支鏈4與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8固接起來(lái)。
下半部分II包括運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、墊塊27、基平臺(tái)26、壓電陶瓷致動(dòng)器37?；脚_(tái)26包含三條運(yùn)動(dòng)支鏈，且呈均勻?qū)ΨQ分布。每條運(yùn)動(dòng)支鏈包括機(jī)架28、柔性鉸鏈29、30、33、35，連架桿32、連桿34和連接桿36，每個(gè)柔性鉸鏈相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；基平臺(tái)26由一塊材料加工而成，柔性鉸鏈29、30、33、35，連架桿32、連桿34、連接桿36及凸臺(tái)31均為一個(gè)整體。通過(guò)螺釘25和圓柱銷24將運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、墊塊27分別和基平臺(tái)26中三條支鏈中的連接桿36固接在一起，作為本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)輸出平臺(tái)，墊快27的作用是使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1與基平臺(tái)26之間隔開(kāi)一定距離；連接桿36與連桿34之間由與之為一體的柔性鉸鏈35相接，連桿34與連架桿32之間由柔性鉸鏈33相接，連架桿32與機(jī)架28及凸臺(tái)31之間由與之為一體的柔性鉸鏈29和30連接；壓電陶瓷致動(dòng)器37嵌放在基平臺(tái)26的開(kāi)槽內(nèi)，并保證有一定的預(yù)緊力；柔性鉸鏈30的作用是保證在壓電陶瓷致動(dòng)器37驅(qū)動(dòng)過(guò)程中連架桿32能繞柔性鉸鏈29自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種由壓電陶瓷致動(dòng)器、柔性鉸鏈組成的六自由度超精密定位及微細(xì)操作平臺(tái)，其特征是，由上下兩部分串接而成，下半部分的運(yùn)動(dòng)輸出平臺(tái)同時(shí)又是上半部分的基架；上半部分的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與基架之間由三條支鏈連接，每條支鏈上的支架與連架桿之間由與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，連架桿與兩個(gè)連桿之間由兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，兩個(gè)連桿與另外一個(gè)連桿之間由另外兩個(gè)與之為一體的轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，連桿與連接桿之間通過(guò)球副柔性鉸鏈相接，連桿與嵌放壓電陶瓷致動(dòng)器的凸臺(tái)之間由另外一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副柔性鉸鏈相接，各支鏈與基架及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間均通過(guò)螺釘和圓柱銷釘連接；下半部分由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、墊塊、基平臺(tái)、壓電陶瓷組成，基平臺(tái)上均勻分布著三條支鏈，每個(gè)支鏈上的連接桿與連桿之間由與之為一體的柔性鉸鏈相接，連桿與連架桿由另一個(gè)與之為一體的柔性鉸鏈相接，連架桿與嵌放壓電陶瓷致動(dòng)器的開(kāi)槽和基平臺(tái)體分別由另外兩個(gè)柔性鉸鏈相接，基平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間通過(guò)墊塊由螺釘和圓柱銷釘連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于精密自動(dòng)定位的六自由度微細(xì)操作裝置。它由上下兩部分Ⅰ、Ⅱ串接而成,即上半部分Ⅰ的基架1,也是下半部分Ⅱ的運(yùn)動(dòng)輸出平臺(tái)1。上半部分Ⅰ的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)8與基架1之間由三條支鏈4連接;下半部分Ⅱ由運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、墊塊27、基平臺(tái)26、壓電陶瓷致動(dòng)器36等組成?；脚_(tái)26上包含三條運(yùn)動(dòng)支鏈。由于采用了壓電陶瓷作為致動(dòng)器,保證了驅(qū)動(dòng)源的高精度運(yùn)動(dòng)輸出和快的響應(yīng)速度,又由于各轉(zhuǎn)動(dòng)副均采用了柔性鉸鏈,因此保證了運(yùn)動(dòng)傳遞的連續(xù)性、無(wú)洄滯、無(wú)摩擦,沒(méi)有機(jī)械損耗。
文檔編號(hào)G12B5/00GK2466767SQ0120233
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者宗光華, 畢樹(shù)生, 陳瑜, 趙波 申請(qǐng)人:北京遠(yuǎn)泰通達(dá)科技開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司