[发明专利]一种平面并联三自由度精密操作平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于微操作技术的操作平台，尤其涉及一种平面并联三自由度精密操作平台。

背景技术

微操作技术是精密制造、精密测量和精密传动中的关键技术之一，广泛应用在微装配、超精密加工、显微技术、半导体技术、生物工程等要求具有微、纳米级位移及定位的技术领域内。精密操作技术作为关键技术之一，在近代尖端工业生产和科学研究占有极其重要的地位。随着微机电技术、半导体技术、生物技术、精密光电技术等高新技术获得了迅猛发展，对精密操作技术有了更高的要求。如在精密光学设备的制造过程中，需要用金刚石车刀直接车削出大学天文望远镜的抛物面反射镜时，要求加工出几何精度高于1/10光波波长的表面，即要求反射镜镜面的几何形状误差为微米级；在生物工程、医学等研究中，需要对细胞进行诸如分离、切割、注射，细胞内器官（核、染色体、基因）的转移、重组等操作，而细胞的尺寸一般在1-100um之间，因此必须要求操作精度达到亚微米级精度；在显微技术中，采用原子力显微镜，扫描隧道显微镜等观察物体的表面微观形貌的过程中，载物台的运动精度也必须达到亚微米级。这些都需要采用精密操作平台。目前采用串联方式构建的精密操作平台，在运动传递过程将产生误差累积效应，使末端的运动精度和定位精度降低；加之使用圆弧柔性铰链构建精密操作平台，由于受铰链变形量的限制，操作平台的运动范围受到限制；在操作平台的位姿测量方面，受安装空间的限制，无法安装高精度的光学测量系统，而采用运动学方程对运动末端的位姿进行解算，进行开环控制，不能有效利用压电驱动器和柔性铰链结构位移分辨率高的有点，且不能实现操作平台高精度运动精度的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、安装空间小、运动精度和定位精度高的平面并联三自由度精密操作平台。

本发明包括底座、布置在底座上方的载物台；在所述底座上固定连接有三个支架，所述载物台通过三根柔性传动连杆与三个支架相互连接；所述三根柔性传动连杆围绕着载物台分布，每根柔性传动连杆的一端固定连接在载物台上，另一端和与其对应的支架固定连接；每根柔性传动连杆上粘贴有电阻应变片和压电双精片；三个支架与三根柔性传动连杆的连接部的几何中心，它们的两两连线构成三角形；三根柔性传动连杆与载物台的连接部的几何中心，它们的两两连线构成另一三角形；上述电阻应变片和压电双晶片接一用于使载物台实现平面二自由度移动运动和绕其几何中心的转动运动的闭环反馈控制系统。

作为本发明的改进，所述每根柔性传动连杆呈L形，由两段柔性平板铰链组成；所述每个柔性段的外侧面上粘贴一压电双精片，内侧面上粘贴与上述压电双晶片长度相等的电阻应变片。

作为本发明的进一步改进，粘贴在每根柔性传动连杆上的所有电阻应变片和所有压电双晶片是等长度的。

作为本发明的进一步改进，三个支架与三根柔性传动连杆的连接部的几何中心，它们的两两连线构成一等边三角形。

作为本发明的进一步改进，三根柔性传动连杆与载物台的连接部的几何中心，它们的两两连线构成另一等边三角形。

作为本发明的改进，所述闭环反馈控制系统包括控制器、A/D转换器、电压驱动电源；所述控制器用于将预设的载物台的平动位移量和转动量转换为电压信号，由电压驱动电源将电压信号放大后驱动粘贴在柔性传动连杆上的压电双晶片产生变形，使柔性传动连杆产生弯曲变形，带动柔性传动连杆运动，令载物台产生平面XY方向的运动和绕其几何中心的转动；同时，粘贴在柔性传动连杆上的电阻应变片将柔性传动连杆的变形转换为电阻应变片的电阻变化量，通过A/D转换器将电阻变化量传递到控制器，控制器将电阻变化量转换成载物台对应的位移量，与预设的载物台的位移量进行比较，得出所需控制电压信号，将控制电压输出到电压驱动电源，驱动压电双晶片产生相应的位移输出，形成反馈控制，使载物台实现平面二自由度移动运动和绕其几何中心的转动运动。