[发明专利]一种三自由度大行程柔性纳米定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及微纳操控与高精度定位技术领域,尤其是XYθ三自由度精密定位平台。

背景技术

微纳定位技术在精密工程应用中发挥着越来越重要的作用，特别是纳米压印光刻，原子力显微镜，芯片制造，生物医学工程等领域。同时，随着这些领域的研究深入，对纳米定位技术提出了越来越高的要求，对大行程高分辨率多自由度的纳米定位平台需求越来越旺盛。目前的定位平台主要存在以下不足：

1.现有的纳米定位平台设计行程往往较小，多采用压电陶瓷驱动，输出位移集中在0.01mm至0.1mm，无法实现厘米级大行程。

2.带有放大机构的微位移定位平台由于材料变形往往输出放大比不恒定，影响定位精度和控制。

3.传统的大行程定位平台分辨率往往比较低，如采用伺服电机或步进电机驱动滚珠丝杠定位平台虽然可实现大行程，但由于摩擦等原因往往出现爬行，分辨率低等缺陷。

4.现有的定位平台多集中在平面xy两自由度设计，无法实现z方向精密转动。

5.传统的多自由度并联纳米定位平台存在较为严重的位移耦合现象，影响定位精度。

6.传统的多自由度并联微位移平台多采用同输出自由度对等的驱动器个数，难以对出现的加工问题进行补偿。

因此，设计一种能够具有多个自由度、大行程、位移耦合小的精密定位装置，是本领域技术人员亟需解决的。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，在一定程度上推进纳米定位技术的发展，本发明具体公开了一种XYθ三自由度大行程柔性纳米定位平台。本方案所提供的定位装置具有三自由度，行程大，结构解耦，四驱动(驱动数大于输出自由度数)，无摩擦等优点。其终端运动平台可输出线位移可达厘米级、角位移可达5°大行程，运动精度可达亚微米级，运动耦合误差小于5‰。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种三自由度大行程柔性纳米定位平台，包括固定底座，所述固定底座上设置有运动平台，所述运动平台包括基座，基座的中部设置有终端平台，所述运动平台还包括第一X向柔性解耦件、第二X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一Y向柔性解耦件、第二Y向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件；

所述第一X向柔性解耦件与第三X向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；所述第二X向柔性解耦件与第四X向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；所述第一Y向柔性解耦件与第三Y向柔性解耦件相对于运动平台中心对称，所述第二Y向柔性解耦件与第四Y向柔性解耦件相对于运动平台中心对称；

第二X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件中分别内置有对应的X向驱动器X1、X向驱动器X2、Y向驱动器Y1及Y向驱动器Y2。

所述固定底座包括呈中心对称分布固定底座第一连接部、固定底座第二连接部、固定底座第三连接部及固定底座第四连接部；

所述基座包括基座本体，基座本体上设置有呈中心对称分布的基座第一连接部、基座第二连接部、基座第三连接部及基座第四连接部；

所述终端平台包括终端平台本体，终端平台本体上设置有呈中心对称分布的终端平台第一连接部、终端平台第二连接部、终端平台第三连接部及终端平台第四连接部。四个连接部为与为与终端平台相连的四个爪子式结构，旋转方向呈90°阵列分布。

所述运动平台总体呈旋转布局结构。

进一步的，所述运动平台包括：第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件；第一连接件与第一X向柔性解耦件、第一Y向柔性解耦件及Y向驱动器Y1相连；第二连接件与第二X向柔性解耦件、第二Y向柔性解耦件及X向驱动器X1相连；第三连接件与第三X向柔性解耦件、第三Y向柔性解耦件及Y向驱动器Y2相连；第四连接件与第四X向柔性解耦件、第四Y向柔性解耦件及X向驱动器X2相连。

所述X向驱动器X1与第二连接件及固定底座第一连接部相连；所述X向驱动器X2与第四连接件及固定底座第二连接部相连；所述Y向驱动器Y1与第一连接件及固定底座第一连接部相连；所述Y向驱动器Y2与第三连接件及固定底座第一连接部相连。

第一X向柔性解耦件、第三X向柔性解耦件、第二Y向柔性解耦件及第四Y向柔性解耦件为矩形板簧；

第二X向柔性解耦件、第四X向柔性解耦件、第一Y向柔性解耦件及第三Y向柔性解耦件为双级π型板簧。