[发明专利]一种平板式三维大行程纳米操作平台

说明书

本发明公开了一种平板式三维大行程纳米操作平台，包括基体，在基体内设有XY平面运动末端和两套压电陶瓷驱动器Ⅰ加传动机构，其中一套沿X向设置，另一套沿Y向设置，XY平面运动末端采用空心柱状结构，XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的柔性机构Ⅰ和两个沿Y向设置的柔性机构Ⅰ连接，柔性结构Ⅰ通过与其垂直连接的柔性结构Ⅱ与基体连接，其中相邻的两个柔性结构Ⅱ与两个传动机构的桥式放大机构的输出端连接，在XY平面运动末端上安装有Z平台，在Z平台运动末端的下方设有压电陶瓷驱动器Ⅱ，压电陶瓷驱动器Ⅱ设置在XY平面运动末端的中空结构内。本发明行程大、结构紧凑、稳定。

技术领域

本发明涉及一种纳米操作平台，特别是一种平板式三维大行程纳米操作平台。

背景技术

随着科学的发展和技术的进步，在宏观尺度下技术已经相对成熟的加工和操作，在微纳领域也在经历快速的发展，比如生物医疗领域的细胞和组织操作、半导体领域的三维图案加工与表征等。在这些应用领域内，具有纳米级精度的操作平台是其中的核心部件之一。目前，纳米平台多为用压电陶瓷、音圈电机、电热或电磁驱动器等能够提供纳米级输出精度的驱动器驱动，而压电陶瓷相比其他驱动器具有高精度、高输出力、快速响应、可在常温环境下使用等优点，所以成为纳米操作平台驱动器非常好的选择。但压电陶瓷能够提供的输出位移有限(十～几十μm)，故而通常需要连接运动放大机构来保证足够的输出位移。但现有的压电陶瓷操作平台，多采用平面(二维)设计，由于空间尺寸和设计难度的限制，仍然没有克服操作行程小或者体积大的缺点，从而限制了其在特殊场景中的应用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种平板式三维大行程纳米操作平台，该平台行程大、结构紧凑、稳定。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种平板式三维大行程纳米操作平台，包括基体，在所述基体内设有XY平面运动末端和两套压电陶瓷驱动器Ⅰ加传动机构，其中一套沿X向设置，另一套沿Y向设置，所述传动机构包括对称布置在所述压电陶瓷驱动器Ⅰ两侧的两个一级运动放大机构和两个杠杆放大机构以及一个桥式放大机构，所述桥式放大机构设置在两个所述杠杆放大机构之间，两个所述一级运动放大机构的输入端与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ的输出端连接，两个所述一级运动放大机构的输出端各通过一根连接杆与两个所述杠杆放大机构的输入端连接，两个所述杠杆放大机构的输出端与所述桥式放大机构的两端连接，所述连接杆与所述压电陶瓷驱动器Ⅰ垂直，所述XY平面运动末端采用空心柱状结构，所述XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的柔性机构Ⅰ和两个沿Y向设置的柔性机构Ⅰ连接，所述柔性结构Ⅰ通过与其垂直连接的柔性结构Ⅱ与所述基体连接，其中相邻的两个所述柔性结构Ⅱ与两个所述传动机构的桥式放大机构的输出端连接，在所述XY平面运动末端上安装有Z平台，所述Z平台包括固接在所述XY平面运动末端底部的下板和固接在所述XY平面运动末端顶部的上板基座，在所述上板基座的中央形成有Z平台运动末端，所述Z平台运动末端与所述上板基座通过均布的多个簧片型柔性铰链Ⅲ连接，在所述Z平台运动末端与所述下板之间设有压电陶瓷驱动器Ⅱ，所述压电陶瓷驱动器Ⅱ设置在所述XY平面运动末端的中空结构内。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

所述柔性机构Ⅰ为簧片型柔性铰链Ⅰ，所述柔性机构Ⅱ为簧片型柔性铰链Ⅱ，所述XY平面运动末端的四周分别与两个沿X向设置的簧片型柔性铰链Ⅰ和两个沿Y向设置簧片型柔性铰链Ⅰ连接，所述簧片型柔性铰链Ⅰ通过与其垂直连接的簧片型柔性铰链Ⅱ与所述基体连接。

所述簧片型柔性铰链Ⅲ是采用弧形簧片形成的。

所述一级运动放大机构采用SR运动放大机构。

所述XY平面运动末端采用底面为正方形的空心直四棱柱结构。