[发明专利]24杆二维无耦合微位移工作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种无耦合运动的柔性铰链工作台，具体是一种基于电致伸缩器件和双层柔性铰链对称结构的二维无耦合运动微位移工作台，属于微机电系统技术领域。

背景技术

微位移技术是精密机械与精密仪器的关键技术之一, 近年来随着微电子技术、宇航、生物工程等学科的发展而迅速地发展起来。微位移工作台在微机电系统、扫描探测显微镜、超精密加工、光学元件制造以及生物医学工程等领域有广泛的应用，具有纳米级精度的微位移工作台是其核心部件。同时二维微位移工作台是研究三维微位移工作台的基础。

设计二维微位移工作台，关键是解决运动耦合问题以及运动控制问题，即二个方向的驱动运动能各自独立且能精确定位。目前大多数二维微位移工作台采用一维运动的垂直叠加或者以串联嵌套式结构来实现二维运动，但是这种微位移工作台结构复杂、体积庞大，不便于工作台的微型化，而且会产生累积误差影响工作台的精度。同时现有二维微位移工作台未考虑结构刚度对微位移系统行程及运动精度的影响。因此，为克服以上缺点，研制具有高精度、无耦合、定位精确、刚度适用的对称整体式二维微位移工作台对于实际应用具有较大的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种二维无耦合微位移工作台，采用双层柔性铰链杆对称结构设计，依靠外层柔性铰链杆与内层柔性铰链杆的无耦合运动特性、刚度特性、工作台整体无装配结构特性，以及电致伸缩器件不随工作台移动特性，实现独立、无耦合的二维运动，同时保证了运动定位的精确性。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

24杆二维无耦合微位移工作台包括基板（1），所述基板（1）中部设有贯通的空腔，所述空腔中部设有工作台（6），工作台（6）的周边分别均布连接着八根内层柔性铰链杆（5）的一端，且两根内层柔性铰链杆（5）并列组成一组，共组成四组，每组两根内层柔性铰链杆（5）的另一端分别连接着驱动支座（3）的内端，且其中两组内层柔性铰链杆（5）沿X方向对称分布，另两组内层柔性铰链杆（5）沿Y方向对称分布；每个驱动支座（3）的两侧分别连接着两根并列的外层柔性铰链杆（2）的一端，两侧的两根并列的外层柔性铰链杆（2）的另一端分别连接着基板（1）上空腔的侧壁，两侧的两根并列的外层柔性铰链杆（2）在同一直线上，且垂直于驱动支座（3）内端的一组内层柔性铰链杆（5）；与每个驱动支座（3）外端对应的所述空腔的侧壁上分别设有凹槽（7），所述空腔的侧壁上共有四个凹槽（7），其中相邻的两个凹槽（7）内分别设有电致伸缩器件（4），电致伸缩器件（4）的一端与驱动支座（3）的外端接触，另一端与凹槽（7）的侧壁接触。

所述工作台（6）为正方形板状，每一侧边中部分别连接着两根并列的内层柔性铰链杆（5）的一端。

所述驱动支座（3）为矩形板状，其内侧面与一组两根内层柔性铰链杆（5）的另一端连接，两侧面分别连接着两根并列的外层柔性铰链杆（2）的一端，外侧面与所述空腔的凹槽（7）对应。

所述电致伸缩器件（4）型号为PAS005或PAS020，行程20μm；或者型号为PAS009、或PAS040，行程40μm。

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明工作台采用24根柔性铰链杆形成双层柔性铰链杆对称一体化结构，依靠外层柔性铰链杆与内层柔性铰链杆的无耦合运动特性、刚度特性、工作台整体无装配结构特性，可消除耦合运动，提高精度，具有无间隙、无摩擦、灵敏度高的特点，同时由于连接基板和驱动支座的外层柔性铰链杆每一组由4根相互平行的柔性铰链杆构成，连接工作台和驱动支座的内层柔性铰链杆每一组由2根相互平行的柔性铰链杆构成，因此工作台整体刚度较好、运动平稳，因而适用于小行程、中载、定位精度较高的微位移系统；

2、本发明工作台以电致伸缩器件作为驱动元件，电致伸缩器件不随工作台移动，可实现一维或者二维无耦合微位移运动，输出位移与输入位移成线性关系。由于两个方向的运动之间无耦合，相互独立，且电致伸缩器件不随工作台运动，从而提高了工作台的定位精度，便于控制；

3、本发明工作台整体可采用线切割加工方法一次切割完成，无装配元件，消除了由于装配而产生的误差，具有较高的精度；

4、本发明工作台结构紧凑，便于微型化。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为X、Y方向机构变形示意简图。