專利名稱：一體化超精密工作臺運動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，特別是一種一體化超精密工作臺運動機構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的精密工作臺多通過宏動和微動兩層驅(qū)動的方式來實現(xiàn)。微動部分的實現(xiàn)形式有平板彈簧、柔性鉸鏈、滑動導(dǎo)軌、氣浮式導(dǎo)軌和液壓式導(dǎo)軌等。柔性鉸鏈具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、無需潤滑、無摩擦、無空回等優(yōu)點，而壓電驅(qū)動器具有位移分辨率高、中間傳動部件少、效率高、剛度大、響應(yīng)快等優(yōu)點，因此采用壓電驅(qū)動器驅(qū)動柔性鉸鏈的微動工作臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、可靠等優(yōu)點，使用的最多、最廣。
采用柔性鉸鏈實現(xiàn)的精密工作臺多采用雙平行四桿機構(gòu)的形式，如圖1所示。雖然雙平行四桿機構(gòu)還有很多不同的形式，但其工作原理是一致的，如圖2所示。通過安裝在機構(gòu)中部的壓電驅(qū)動器，產(chǎn)生推動力，實現(xiàn)精密工作臺產(chǎn)生一個微位移。這種微動機構(gòu)的分辨精度直接取決于壓電驅(qū)動器分辨。由于鉸鏈個數(shù)少，剛度不夠，易產(chǎn)生漂移；鉸鏈的加工誤差，影響單向性。另外，壓電驅(qū)動器的磁滯、蠕變的缺陷，對工作臺的精度也會產(chǎn)生直接影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，具有較大的減述比，提高工作臺的分辨率。
為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是采用二級傳動方式，通過柔性鉸鏈組合機構(gòu)，形成較大的減速比；采用對稱結(jié)構(gòu)，可消除偏執(zhí)力，保證運動的單向性；采用對稱分布的雙平行八桿柔性鉸鏈機構(gòu)，形成冗余約束，可提高系統(tǒng)的剛度，并對鉸鏈誤差有一定的補償作用，采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可通過線切割一次加工成型。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，包括基座、通過螺栓固定在基座上呈平面分布的鉸鏈機構(gòu)和驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)的壓電驅(qū)動器，其特征在于所述的鉸鏈機構(gòu)為三個雙平行多桿柔性機構(gòu)，其中兩個雙平行多桿柔性機構(gòu)相互平行而垂直鉸鏈另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)的中段；所述的兩個相互平行的雙平行多桿柔性機構(gòu)之間連接所述的壓電驅(qū)動器；而另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)的中段與工作臺固定連接。
上述的三個雙平行多桿柔性機構(gòu)均是雙平行四桿或八本柔性機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是一片中段的兩端分別以細條各連接平行的二根或四根長條形桿的一端長條形桿的另一端通過細條與端片連接。
上述的兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)的外端的端片連成一片而由所述的螺栓固定于基座上，而它們的內(nèi)端的端片與另一個雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)的中段過成一片，該雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)兩端的端片通過所述的螺栓固定于基座上。
上述的壓電驅(qū)動器的兩端分別與兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)的中段固定連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明中采用二級傳動方式，形成較大的減速比，提高工作臺的分辨率，其分辨率可達到壓動辨率的幾十分之一。采用對稱分布的雙平行多桿柔性鉸鏈機構(gòu)，形成冗余約束，提高系統(tǒng)的剛度，并對鉸鏈誤差有一定的補償作用。采用多處對稱結(jié)構(gòu)，消除偏執(zhí)力，保證運動的單向性。采用一體化設(shè)計，可通過線切割一次加工成型。結(jié)構(gòu)簡單，可在真空、高溫、輻射等苛刻環(huán)境下工作。


圖1是已有技術(shù)的雙平行四桿柔性機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1所示機構(gòu)的機械原理圖。
圖3是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3所示結(jié)構(gòu)的機械原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的的一個優(yōu)選實施例是參見圖3，本一體化超精密工作臺運動機構(gòu)包括基座1、通過螺栓4固定在基座1上呈平面分布的鉸鏈機構(gòu)2和驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)2的壓電驅(qū)動器3，所述的鉸鏈機構(gòu)2為三個雙平行多桿柔性機構(gòu)A、B、C，其中兩個雙平行多桿柔性機構(gòu)A、B相互平行而垂直鉸鏈另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)C的中段；所述的兩個相互平行的雙平行多桿柔性機構(gòu)A、B之間連接所述的壓電驅(qū)動器3；而另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)C的中段與工作臺固定連接。
上述的三個雙平行多桿柔性機構(gòu)A、B、C均是雙平行四桿或八本柔性機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是一片中段的兩端分別以細條各連接平行的二根或四根長條形桿的一端長條形桿的另一端通過細條與端片連接。
上述的兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)A、B的外端的端片連成一片而由所述的螺栓4固定于基座1上，而它們的內(nèi)端的端片與另一個雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)C的中段過成一片，該雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)C兩端的端片通過所述的螺栓4固定于基座1上。
上述的壓電驅(qū)動器3的兩端分別與兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)A、B的中段固定連接。
其工作原理如下參見圖3和圖4，壓電驅(qū)動器3產(chǎn)生一個伸長變形，使鉸鏈機構(gòu)2中兩個雙平行多桿柔性鉸鏈機構(gòu)A、B產(chǎn)生相反方向的移動，進而拉動另一個雙平行多桿柔性鉸鏈機構(gòu)C產(chǎn)生一個微位移，從而使工作臺產(chǎn)生一個微位移。
圖1和圖2示出已有技術(shù)中的雙平行四桿柔性機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖和機構(gòu)原理圖。以供參考比較。
權(quán)利要求
1.一種一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，包括基座(1)、通過螺栓(4)固定在基座(1)上呈平面分布的鉸鏈機構(gòu)(2)和驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)(2)的壓電驅(qū)動器(3)，其特征在于所述的鉸鏈機構(gòu)(2)為三個雙平行多桿柔性機構(gòu)(A、B、C)，其中兩個雙平行多桿柔性機構(gòu)(A、B)相互平行而垂直鉸鏈另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)(C)的中段；所述的兩個相互平行的雙平行多桿柔性機構(gòu)(A、B)之間連接所述的壓電驅(qū)動器(3)；而另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)(C)的中段與工作臺固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，其特征在于所述的三個雙平行多桿柔性機構(gòu)(A、B、C)均是雙平行四桿或八本柔性機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是一片中段的兩端分別以細條各連接平行的二根或四根長條形桿的一端長條形桿的另一端通過細條與端片連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，其特征在于所述的兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)(A、B)的外端的端片連成一片而由所述的螺栓(4)固定于基座(1)上，而它們的內(nèi)端的端片與另一個雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)(C)的中段過成一片，該雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)(C)兩端的端片通過所述的螺栓(4)固定于基座(1)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體化超精密工作臺運動機構(gòu)，其特征在于所述的壓電驅(qū)動器(3)的兩端分別與兩個相互平行的雙平行四桿或八桿柔性機構(gòu)(A、B)的中段固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一體化超精密工作臺運動機構(gòu)。它包括基座、通過螺栓固定在基座上呈平面分布的鉸鏈機構(gòu)和驅(qū)動鉸鏈機構(gòu)的壓電驅(qū)動器，其特征在于所述的鉸鏈機構(gòu)為三個雙平行多桿柔性機構(gòu)，其中兩個雙平行多桿柔性機構(gòu)相互平行而垂直鉸鏈另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)的中段；所述的兩個相互平行的雙平行多桿柔性機構(gòu)之間連接所述的壓電驅(qū)動器；而另一個雙平行多桿柔性機構(gòu)的中段與工作臺固定連接。本發(fā)明具有較大的減速比，提高工作臺的分辨率。結(jié)構(gòu)簡單，可在真空、高溫、輻射等苛刻環(huán)境下工作。
文檔編號B25H1/00GK101013603SQ20071003739
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者趙艷濤, 王超群, 趙展, 劉建華, 劉冰, 孫亞杰 申請人:上海大學(xué)