本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種一體式六自由度精密定位平臺，包括基座、下平臺組件、中間平臺組件和上平臺組件，本發(fā)明專利技術(shù)采用壓電陶瓷制動器使下平臺組件實現(xiàn)沿坐標(biāo)系X和Y方向的直線移動，中間平臺組件實現(xiàn)沿坐標(biāo)系Z方向的直線移動和繞與X軸平行的軸和與Y軸平行軸的旋轉(zhuǎn)擺動，上平臺組件實現(xiàn)繞Z軸的轉(zhuǎn)動；能夠?qū)崿F(xiàn)在六個自由度上的精確控制定位，且中間平臺組件和下平臺組件設(shè)計為對稱結(jié)構(gòu)，有效消除了軸間位移耦合，同時，該傳動平臺能實現(xiàn)一體加工，用壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動，具備無摩擦、無耦合、高精度、大行程、高分辨率等優(yōu)點，能夠滿足納米科學(xué)技術(shù)研究中復(fù)雜的加工和操作要求。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種柔性精密傳動平臺，特別涉及一種一體式六自由度精密定位工作臺。
技術(shù)介紹
隨著微電子技術(shù)、微納米技術(shù)、宇航工程、精密工程、生物工程等學(xué)科的迅速發(fā)展，制造領(lǐng)域己經(jīng)進入了“亞微米-納米”時代。隨著微納米技術(shù)的興起和迅猛發(fā)展，在眾多科技領(lǐng)域如精密機械制造、儀器儀表、光學(xué)、材料科學(xué)等都迫切需要高定位精度、高分辨率的精密定位技術(shù)。納米級微動工作臺為從事納米科學(xué)技術(shù)研究提供一維、二維和多維的納米級運動，是納米科學(xué)技術(shù)研究必備的關(guān)鍵儀器設(shè)備。現(xiàn)有技術(shù)中，用于納米級加工的平臺有Stewart平臺、磁懸浮工作臺和壓電工作臺，前兩者雖然可滿足大行程的要求，卻難以達到納米級精度要求，同時，也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難、不易控制等缺點，而基于壓電陶瓷驅(qū)動壓電平臺具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，但現(xiàn)階段的壓電平臺基本都局限于四個自由度以下，運動自由度有限，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)大的旋轉(zhuǎn)擺動以及沿水平面旋轉(zhuǎn)的平臺，且其行程都較小，其移動量及運動的能力均難以滿足復(fù)雜加工和操作的要求。因此，為了解決上述問題，需要一種高精度、高剛度、易于控制、具備大行程、多自由度的定位平臺，以滿足納米科學(xué)技術(shù)研究中復(fù)雜的加工和操作要求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的目的是提供一種一體式六自由度精密定位平臺，該平臺能夠在六個自由度上進行精確控制定位，具有高精度、高剛度、大行程、大擺動等特點，能夠滿足納米科學(xué)技術(shù)研究中復(fù)雜的加工和操作要求。本專利技術(shù)的一體式六自由度精密定位平臺，包括基座、下平臺組件、中間平臺組件和上平臺組件，以基座上表面一點為原點、以該平面為XY平面建立空間直角坐標(biāo)系X-Y-Z ；所述下平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的下平臺和平行于基座上表面設(shè)置并連接于基座與下平臺的用于驅(qū)動下平臺沿X向和Y向平移的至少兩個平移驅(qū)動裝置；所述平移驅(qū)動裝置包括平移位移放大機構(gòu)和平移壓電陶瓷驅(qū)動器；所述平移位移放大機構(gòu)為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述平移壓電陶瓷驅(qū)動器的兩個工作端分別與平移位移放大機構(gòu)中的兩根小位移剛性連桿I固定連接；平移位移放大機構(gòu)中的一根大位移剛性連桿I固定于基座，另一根大位移剛性連桿I通過平行、等長的兩個連接體I鉸接于下平臺形成平面四搖桿機構(gòu)；所述中間平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的中間平臺和垂直于下平臺所在平面設(shè)置并連接于下平臺與中間平臺的用于驅(qū)動中間平臺沿Z向升降和繞與X軸平行的軸和與Y軸平行的軸轉(zhuǎn)動的至少四個升降驅(qū)動裝置；所述升降驅(qū)動裝置包括升降位移放大機構(gòu)和升降壓電陶瓷驅(qū)動器；所述升降位移放大機構(gòu)為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述升降壓電陶瓷驅(qū)動器的兩個工作端分別與升降位移放大機構(gòu)中的兩根小位移剛性連桿II固定連接；升降位移放大機構(gòu)中的一根大位移剛性連桿II固定于下平臺，另一根大位移剛性連桿II通過一個連接體II鉸接于中間平臺；所述上平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的上平臺和平行于中間平臺所在平面設(shè)置并連接于中間平臺與上平臺的用于驅(qū)動上平臺繞Z軸旋轉(zhuǎn)的至少兩個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷驅(qū)動器；所述旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷驅(qū)動器的兩個工作端分別與旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)中的兩根小位移剛性連桿III固定連接；旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)中的一根大位移剛性連桿III固定于中間平臺，另一根大位移剛性連桿III通過一個偏心連接體鉸接于上平臺。進一步，所述連接體1、連接體II和偏心連接體均為直梁型柔性鉸鏈；進一步，各連接體I長度相等；各連接體II長度相等；各偏心連接體長度相等；進一步，所述平移驅(qū)動裝置為繞Z軸周向排列并沿X向和Y向十字分布的四個；所述升降驅(qū)動裝置為繞Z軸周向排列并沿X向和Y向十字分布的四個，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置為繞Z軸周向均勻排列的兩個；進一步，所述平移位移放大機構(gòu)、升降位移放大機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)、連接體1、連接體I1、偏心連接體、下平臺、中間平臺和上平臺一體成型。本專利技術(shù)的有益效果是:本專利技術(shù)的一體式六自由度精密定位平臺，利用壓電陶瓷的逆向壓電效應(yīng)實現(xiàn)了上平臺沿坐標(biāo)系的X、Y和Z方向線性平移及繞與X軸平行的軸、與Y軸平行的軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的六自由度聯(lián)動精密定位，并通過位移放大機構(gòu)增加行程，使上平臺具有大行程、大擺動、多自由度、易于控制等優(yōu)點；下平臺組件上設(shè)計的對稱結(jié)構(gòu)，也有效消除了軸間位移耦合，同時，各構(gòu)件之間通過柔性鉸鏈的鉸接，完全實現(xiàn)了平臺的無間隙、無摩擦傳動，有效提高了平臺的傳動精度；另外壓電陶瓷驅(qū)動器的位移分辨率高、響應(yīng)速度快，使本專利技術(shù)的微納傳動平臺也具備高精度、高分辨率、高頻響等優(yōu)點，能滿足納米科學(xué)技術(shù)研究中復(fù)雜的加工和操作要求。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)作進一步描述:圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)除去上平臺的俯視圖。具體實施例方式圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本專利技術(shù)除去上平臺的俯視圖，如圖所示:本實施例的一體式六自由度精密定位平臺，包括基座1、下平臺組件、中間平臺組件和上平臺組件，以基座I上表面一點為原點、以該平面為XY平面建立空間直角坐標(biāo)系X-Y-Z ;如圖1所示，基座I為正方形板，空間直角坐標(biāo)系X-Y-Z以基座I上表面中點為原點，X軸和Y軸平行于基座I的任一組臨邊，基座1、下平臺組件、中間平臺組件和上平臺組件自下至上依次連接；所述下平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的下平臺2和平行于基座I上表面設(shè)置并連接于基座I與下平臺2的用于驅(qū)動下平臺2沿X向和Y向平移的至少兩個平移驅(qū)動裝置3 ；所述平移驅(qū)動裝置3包括平移位移放大機構(gòu)Ila和平移壓電陶瓷驅(qū)動器12a ;所述平移位移放大機構(gòu)Ila為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述平移壓電陶瓷驅(qū)動器12a的兩個工作端分別與平移位移放大機構(gòu)Ila中的兩根小位移剛性連桿I 13a固定連接；平移位移放大機構(gòu)Ila中的一根大位移剛性連桿I 14a固定于基座1，另一根大位移剛性連桿I 14a通過平行、等長的兩個連接體I 4鉸接于下平臺2形成平面四搖桿機構(gòu)；平面四搖桿機構(gòu)不僅可有效驅(qū)動下平臺2移動，還能對下平臺2進行限位使之平動而不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，保證控制精度；各平移驅(qū)動裝置3配合輸出相應(yīng)位移量能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動下平臺2沿X向和Y向平移；小位移剛性連桿I 13a是指平移位移放大機構(gòu)Ila運動時，所有活動桿中位移變化最小的兩根，大位移剛性連桿I 14a是指平移位移放大機構(gòu)Ila運動時，所有活動桿中位移變化最大的兩根；所述中間平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的中間平臺5和垂直于下平臺2所在平面設(shè)置并連接于下平臺2與中間平臺5的用于驅(qū)動中間平臺5沿Z向升降和繞與X軸平行的軸和與Y軸平行的軸轉(zhuǎn)動的至少四個升降驅(qū)動裝置6 ;所述升降驅(qū)動裝置6包括升降位移放大機構(gòu)Ilb和升降壓電陶瓷驅(qū)動器12b ;所述升降位移放大機構(gòu)Ilb為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述升降壓電陶瓷驅(qū)動器12b的兩個工作端分別與升降位移放大機構(gòu)Ilb中的兩根小位移剛性連桿II 13b固定連接；升降位移放大機構(gòu)Ilb中的一根大位移剛性連桿II 14b固定于下平臺2，另一根大位移剛性連桿II 14b通過一個連接體II 7鉸接于中間平臺5，小位移剛性連桿II 13b是指升降位移放大機構(gòu)Ilb運動時本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種一體式六自由度精密定位平臺，其特征在于：包括基座（1）、下平臺組件、中間平臺組件和上平臺組件，以基座（1）上表面一點為原點、以該平面為XY平面建立空間直角坐標(biāo)系X?Y?Z；?所述下平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的下平臺（2）和平行于基座（1）上表面設(shè)置并連接于基座（1）與下平臺（2）的用于驅(qū)動下平臺（2）沿X向和Y向平移的至少兩個平移驅(qū)動裝置（3）；所述平移驅(qū)動裝置（3）包括平移位移放大機構(gòu)（11a）和平移壓電陶瓷驅(qū)動器（12a）；所述平移位移放大機構(gòu)（11a）為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述平移壓電陶瓷驅(qū)動器（12a）的兩個工作端分別與平移位移放大機構(gòu)（11a）中的兩根小位移剛性連桿Ⅰ（13a）固定連接；平移位移放大機構(gòu)（11a）中的一根大位移剛性連桿Ⅰ（14a）固定于基座（1），另一根大位移剛性連桿Ⅰ（14a）通過平行、等長的兩個連接體Ⅰ（4）鉸接于下平臺（2）形成平面四搖桿機構(gòu)；?所述中間平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的中間平臺（5）和垂直于下平臺（2）所在平面設(shè)置并連接于下平臺（2）與中間平臺（5）的用于驅(qū)動中間平臺（5）沿Z向升降和繞與X軸平行的軸和與Y軸平行的軸轉(zhuǎn)動的至少四個升降驅(qū)動裝置（6）；所述升降驅(qū)動裝置（6）包括升降位移放大機構(gòu)（11b）和升降壓電陶瓷驅(qū)動器（12b）；所述升降位移放大機構(gòu)（11b）為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述升降壓電陶瓷驅(qū)動器（12b）的兩個工作端分別與升降位移放大機構(gòu)（11b）中的兩根小位移剛性連桿Ⅱ（13b）固定連接；升降位移放大機構(gòu)（11b）中的一根大位移剛性連桿Ⅱ（14b）固定于下平臺（2），另一根大位移剛性連桿Ⅱ（14b）通過一個連接體Ⅱ（7）鉸接于中間平臺（5）；?所述上平臺組件包括中心設(shè)于Z軸的上平臺（8）和平行于中間平臺（5）所在平面設(shè)置并連接于中間平臺（5）與上平臺（8）的用于驅(qū)動上平臺（8）繞Z軸旋轉(zhuǎn)的至少兩個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置（9）；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置（9）包括旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)（11c）和旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷驅(qū)動器（12c）；所述旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)（11c）為由八個剛性連桿首尾依次鉸接形成的平面八連桿機構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)壓電陶瓷驅(qū)?動器（12c）的兩個工作端分別與旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)（11c）中的兩根小位移剛性連桿Ⅲ（13c）固定連接；旋轉(zhuǎn)位移放大機構(gòu)（11c）中的一根大位移剛性連桿Ⅲ（14c）固定于中間平臺（5），另一根大位移剛性連桿Ⅲ（14c）通過一個偏心連接體（10）鉸接于上平臺（8）。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林超，才立忠，陶友淘，
申請(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶;85
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