一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，包括由外向內(nèi)相隔一定間隙依次相套設(shè)置的方框形終端平臺(tái)、方框形過(guò)渡平臺(tái)及支架，過(guò)渡平臺(tái)兩相對(duì)邊外側(cè)與終端平臺(tái)之間以及支架兩相對(duì)邊外側(cè)與過(guò)渡平臺(tái)之間各自對(duì)稱地連接有彈性裝置，且連接在過(guò)渡平臺(tái)與終端平臺(tái)之間的彈性裝置和連接在支架與過(guò)渡平臺(tái)之間的彈性裝置在空間上相互垂直。本發(fā)明能在定位平臺(tái)整體尺寸很小的情況下獲得大幅度的二維平動(dòng)輸出，可根據(jù)具體工作要求改變波紋型薄片的結(jié)構(gòu)尺寸，得到適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)幅度和整體剛度；大大增加了平臺(tái)的整體柔度，提高了輸出的穩(wěn)定性，降低了平動(dòng)時(shí)終端平臺(tái)的漂移，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，可分別加工再裝配，也可一體化加工成型。
【專利說(shuō)明】一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密定位、精密加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體光刻、微型機(jī)械、精密測(cè)量、超精密加工、微型裝配、生物細(xì)胞操縱和納米技術(shù)等領(lǐng)域，需要十分精確的定位和非常精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，因此高性能的精密定位工作臺(tái)成為了這些領(lǐng)域的技術(shù)支持。精密定位平臺(tái)除了要有微納米級(jí)的定位精度、優(yōu)良的穩(wěn)定性、剛度及快速響應(yīng)等，還要求其有較大的運(yùn)動(dòng)行程。為了更好的獲得這些突出性能，柔性元件常用到精密定位平臺(tái)的設(shè)計(jì)中。柔性元件能夠克服傳統(tǒng)剛性鉸鏈在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的爬行、反向間隙和磨損等缺點(diǎn)。
[0003]目前，常見(jiàn)的精密定位平臺(tái)多數(shù)采用缺口型柔性鉸鏈作為柔性元件，雖然在配合高性能的驅(qū)動(dòng)器及優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)方式后，其能達(dá)到亞微米甚至納米級(jí)的定位精度，但其工作范圍只有幾十微米。少數(shù)微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的商用精密定位平臺(tái)，雖然運(yùn)動(dòng)范圍能達(dá)到毫米級(jí)，但精度卻不夠高，而且具有傳統(tǒng)機(jī)械無(wú)法避免的缺點(diǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都做了大量研究，也提出了不少大行程高精度的設(shè)計(jì)方案，但往往這些平臺(tái)的整體尺寸偏大，加工成本偏聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了獲得毫米級(jí)大行程的高精度定位性能，此發(fā)明提供一種新型大行程精密定位
T D O
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，包括由外向內(nèi)相隔一定間隙依次相套設(shè)置的方框形終端平臺(tái)、方框形過(guò)渡平臺(tái)及支架，過(guò)渡平臺(tái)兩相對(duì)邊外側(cè)與終端平臺(tái)之間以及支架兩相對(duì)邊外側(cè)與過(guò)渡平臺(tái)之間各自對(duì)稱地連接有彈性裝置，且連接在過(guò)渡平臺(tái)與終端平臺(tái)之間的彈性裝置和連接在支架與過(guò)渡平臺(tái)之間的彈性裝置在空間上相互垂直。
[0006]進(jìn)一步地，連接在過(guò)渡平臺(tái)與終端平臺(tái)之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于過(guò)渡平臺(tái)兩相對(duì)邊外側(cè)的第三柔性體和第四柔性體，所述第三柔性體和第四柔性體的中部與過(guò)渡平臺(tái)固定連接，所述第三柔性體和第四柔性體的兩端與終端平臺(tái)固定連接；連接在支架與過(guò)渡平臺(tái)之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于支架兩相對(duì)邊外側(cè)的第一柔性體和第二柔性體，所述第一柔性體和第二柔性體的中部與支架固定連接，所述第一柔性體和第二柔性體的兩端與過(guò)渡平臺(tái)固定連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述三柔性體和第四柔性體包括用于連接過(guò)渡平臺(tái)的中心固定板8、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板兩側(cè)的波紋型薄片，兩個(gè)波紋型薄片另一端各設(shè)有端部固定板，所述中心固定板及端部固定板上均開(kāi)有螺釘沉孔；所述三第一柔性體和第二柔性體包括用于連接支架的中心固定板、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板兩側(cè)的波紋型薄片，兩個(gè)波紋型薄片另一端各設(shè)有端部固定板，所述中心固定板及端部固定板上均開(kāi)有螺釘沉孔。
[0008]進(jìn)一步地，所述波紋型薄片橫截面呈周期性波浪形，由若干直片段和半環(huán)形段交替相連而成。
[0009]進(jìn)一步地，所述終端平臺(tái)、過(guò)渡平臺(tái)及支架處于同一平面上。
[0010]進(jìn)一步地，所述第一柔性體、第二柔性體、第三柔性體、第四柔性體的大小尺寸相—致。
[0011]進(jìn)一步地，所述第一柔性體、第二柔性體、第三柔性體、第四柔性體均為一體式機(jī)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步地，所述過(guò)渡平臺(tái)安裝第三柔性體、第四柔性體的部位及支架I上安裝第一柔性體、第二柔性體的部位均設(shè)置有向外突出的凸臺(tái)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(I)精密定位平臺(tái)的整體尺寸在10mmX 10mm以內(nèi)，其將波紋型薄片用作柔性元件，能獲得幾毫米的二維平動(dòng)輸出和一維轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，可根據(jù)具體工作環(huán)境改變波紋型薄片的結(jié)構(gòu)尺寸，得到適當(dāng)?shù)淖畲笮谐獭?br> [0014](2)采用波紋型薄片對(duì)稱與垂直相結(jié)合的分布結(jié)構(gòu)，提高了輸出的穩(wěn)定性，即降低了運(yùn)動(dòng)時(shí)軸心的漂移。
[0015](3)柔性體部分采用線切割機(jī)床一體化加工成型，避免了裝配引入的誤差。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的柔性體的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3是波紋型薄片的主視示意圖。
[0019]圖1中:1.支架；2.第一柔性體；3.第二柔性體；4.過(guò)渡平臺(tái)；5.第三柔性體；
6.第四柔性體；7.終端平臺(tái)；8-中心固定板；9-波紋型薄片；91_直片段；92-半環(huán)形段；10-端部固定板。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了更好地理解本發(fā)明，下面用文字結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式表示的范圍。
[0021]如圖1至圖2所示，一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，包括由外向內(nèi)相隔一定間隙依次相套設(shè)置的方框形終端平臺(tái)7、方框形過(guò)渡平臺(tái)4及支架1，所述終端平臺(tái)7、過(guò)渡平臺(tái)4及支架I處于同一平面上，過(guò)渡平臺(tái)4兩相對(duì)邊外側(cè)與終端平臺(tái)7之間以及支架I兩相對(duì)邊外側(cè)與過(guò)渡平臺(tái)4之間各自對(duì)稱地連接有彈性裝置，且連接在過(guò)渡平臺(tái)4與終端平臺(tái)7之間的彈性裝置和連接在支架I與過(guò)渡平臺(tái)4之間的彈性裝置在空間上相互垂直。
[0022]具體來(lái)說(shuō)，連接在過(guò)渡平臺(tái)4與終端平臺(tái)7之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于過(guò)渡平臺(tái)4兩相對(duì)邊外側(cè)的第三柔性體5和第四柔性體6，所述第三柔性體5和第四柔性體6的中部與過(guò)渡平臺(tái)4固定連接，所述第三柔性體5和第四柔性體6的兩端與終端平臺(tái)7固定連接；連接在支架I與過(guò)渡平臺(tái)4之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于支架I兩相對(duì)邊外側(cè)的第一柔性體2和第二柔性體3，所述第一柔性體2和第二柔性體3的中部與支架I固定連接，所述第一柔性體2和第二柔性體3的兩端與過(guò)渡平臺(tái)4固定連接，上述提到的連接方式均為螺紋連接。
[0023]具體來(lái)說(shuō)，所述三柔性體5和第四柔性體6包括用于連接過(guò)渡平臺(tái)4的中心固定板8、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板8兩側(cè)的波紋型薄片9，兩個(gè)波紋型薄片9另一端各設(shè)有端部固定板10，所述中心固定板8及端部固定板10上均開(kāi)有螺釘沉孔；所述三第一柔性體2和第二柔性體3包括用于連接支架I的中心固定板8、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板8兩側(cè)的波紋型薄片9，兩個(gè)波紋型薄片9另一端各設(shè)有端部固定板10,所述中心固定板8及端部固定板10上均開(kāi)有螺釘沉孔，中心固定板8和端部固定板10均為剛性部位，用于和其他組件連接。
[0024]如圖3所示，所述波紋型薄片9橫截面呈周期性波浪形，由若干直片段91和半環(huán)形段92交替相連而成，為了方便通過(guò)已經(jīng)推導(dǎo)出來(lái)的波紋型薄片9剛度的公式進(jìn)行平臺(tái)剛度的求解，這里采用的波紋型薄片9的兩端的直片段91的長(zhǎng)度取值為其他直片段91長(zhǎng)度的一半。通過(guò)改變直片段91的長(zhǎng)度、寬度、厚度、半環(huán)形段92的半徑、個(gè)數(shù)以及材料，可以獲得不同的剛度值，由此可以設(shè)計(jì)整個(gè)平臺(tái)的最大行程。
[0025]所述過(guò)渡平臺(tái)4安裝第三柔性體5、第四柔性體6的部位及支架I上安裝第一柔性體2、第二柔性體3的部位均設(shè)置有向外突出的凸臺(tái)，這樣可以防止第一柔性體2、第二柔性體3變形后觸碰支架1，使它們?cè)诔诉B接處以外的地方保留一定的間距，同時(shí)保證過(guò)渡平臺(tái)4在運(yùn)動(dòng)時(shí)的不與第三柔性體5、第四柔性體6的波紋型薄片9相碰撞。
[0026]支架I主要用于支撐平臺(tái)整體，與外部固定物體相連接，其形狀結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體要求更改。過(guò)渡平臺(tái)4為類似方框的形狀，由于它的作用主要是穩(wěn)定地傳遞位移，所以形狀可以多樣，但方框的形狀更能減小平臺(tái)的整體尺寸。終端平臺(tái)7的形狀的選取原則和過(guò)渡平臺(tái)4的一樣，也采用類似方框的形狀。采用過(guò)渡平臺(tái)4和終端平臺(tái)7分開(kāi)的設(shè)計(jì)是由于波紋型薄片9在X和y軸方向上剛度的差異。
[0027]為了在施加同樣載荷情況下獲得相同的輸出，同時(shí)由對(duì)稱分布形式抵消柔性體的漂移，四個(gè)柔性體的結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣，且第一柔性體2和第二柔性體3與第三柔性體5和第四柔性體6垂直分布。因?yàn)樗龅谝蝗嵝泽w2、第二柔性體3、第三柔性體5、第四柔性體6的大小尺寸相一致且均為一體式機(jī)構(gòu)，所以，制備各個(gè)柔性體時(shí)，采用精密走絲線切割機(jī)床一體化加工各個(gè)柔性體，由于四個(gè)柔性形狀尺寸體完全一樣，所以可以堆疊四塊板材然后一次性完成加工。
[0028]本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:包括由外向內(nèi)相隔一定間隙依次相套設(shè)置的方框形終端平臺(tái)(7)、方框形過(guò)渡平臺(tái)(4)及支架(1)，過(guò)渡平臺(tái)⑷兩相對(duì)邊外側(cè)與終端平臺(tái)(7)之間以及支架⑴兩相對(duì)邊外側(cè)與過(guò)渡平臺(tái)⑷之間各自對(duì)稱地連接有彈性裝置，且連接在過(guò)渡平臺(tái)(4)與終端平臺(tái)(7)之間的彈性裝置和連接在支架(I)與過(guò)渡平臺(tái)(4)之間的彈性裝置在空間上相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:連接在過(guò)渡平臺(tái)(4)與終端平臺(tái)(7)之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于過(guò)渡平臺(tái)(4)兩相對(duì)邊外側(cè)的第三柔性體(5)和第四柔性體￠)，所述第三柔性體(5)和第四柔性體(6)的中部與過(guò)渡平臺(tái)(4)固定連接，所述第三柔性體(5)和第四柔性體(6)的兩端與終端平臺(tái)(7)固定連接；連接在支架(I)與過(guò)渡平臺(tái)(4)之間的彈性裝置包括相互對(duì)稱地設(shè)置于支架(I)兩相對(duì)邊外側(cè)的第一柔性體(2)和第二柔性體(3)，所述第一柔性體(2)和第二柔性體(3)的中部與支架(I)固定連接，所述第一柔性體(2)和第二柔性體(3)的兩端與過(guò)渡平臺(tái)(4)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述三柔性體(5)和第四柔性體(6)包括用于連接過(guò)渡平臺(tái)(4)的中心固定板(8)、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板(8)兩側(cè)的波紋型薄片(9)，兩個(gè)波紋型薄片(9)另一端各設(shè)有端部固定板(10)，所述中心固定板(8)及端部固定板(10)上均開(kāi)有螺釘沉孔；所述三第一柔性體(2)和第二柔性體(3)包括用于連接支架(I)的中心固定板(8)、沿同一直線對(duì)稱地連接設(shè)置于中心固定板(8)兩側(cè)的波紋型薄片(9)，兩個(gè)波紋型薄片(9)另一端各設(shè)有端部固定板(10)，所述中心固定板(8)及端部固定板(10)上均開(kāi)有螺釘沉孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述波紋型薄片(9)橫截面呈周期性波浪形，由若干直片段(91)和半環(huán)形段(92)交替相連而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意項(xiàng)所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述終端平臺(tái)(7)、過(guò)渡平臺(tái)(4)及支架(I)處于同一平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述第一柔性體(2)、第二柔性體(3)、第三柔性體(5)、第四柔性體￠)的大小尺寸相—致。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述第一柔性體(2)、第二柔性體(3)、第三柔性體(5)、第四柔性體(6)均為一體式機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波紋型薄片對(duì)稱分布的大行程高精度定位平臺(tái)，其特征在于:所述過(guò)渡平臺(tái)(4)安裝第三柔性體(5)、第四柔性體(6)的部位及支架(I)上安裝第一柔性體(2)、第二柔性體(3)的部位均設(shè)置有向外突出的凸臺(tái)。
【文檔編號(hào)】F16M11/04GK104315310SQ201410600514
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】王念峰, 梁曉合, 張憲民 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)