[发明专利]基于多级螺旋结构铰链的高精度Z向单自由度微定位平台

说明书

本发明公开了一种基于多级螺旋结构铰链的高精度Z向单自由度微定位平台，包括多级螺旋结构铰链支撑环，底座和压电陶瓷驱动器；所述多级螺旋结构铰链支撑环包括位于其外围的外环、位于其中心的终端平台和介于外环与终端平台之间的多级螺旋结构铰链；所述外环固定连接在所述底座上；所述压电陶瓷驱动器固定连接在所述底座内，所述终端平台的底部中心与所述压电陶瓷驱动器的顶端接触，由所述压电陶瓷驱动器产生Z向位移带动所述终端平台产生Z向位移。本发明采用螺旋形铰链和圆环多级叠加组成的多级螺旋结构铰链，具有运动精度高、耦合误差极小、结构紧凑的特点，能够实现终端平台在Z方向的高精度的运动与定位。

技术领域

本发明涉及微定位平台，特别涉及一种基于多级螺旋结构铰链的高精度Z向单自由度微定位平台。

背景技术

随着科技发展，微纳技术得到了广泛应用。但是，高精度的微定位平台一直制约着微纳技术的推广。目前已有的Z向单自由度微定位平台的耦合误差较大，缺少高精度的耦合误差小的Z向单自由度微定位平台。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于多级螺旋结构铰链的高精度Z向单自由度微定位平台，该平台能够实现Z向平动自由度，并且运动精度高、耦合误差极小、结构紧凑。

本发明所采用的技术方案是：一种基于多级螺旋结构铰链的高精度Z向单自由度微定位平台，包括：

多级螺旋结构铰链支撑环，所述多级螺旋结构铰链支撑环包括位于所述多级螺旋结构铰链支撑环外围的外环、位于所述多级螺旋结构铰链支撑环中心的终端平台和介于所述外环与所述终端平台之间的多级螺旋结构铰链；所述多级螺旋结构铰链由多级螺旋结构叠加组成，由所述终端平台指向所述外环分为：第一级螺旋结构，第二级螺旋结构和第三级螺旋结构；所述第一级螺旋结构包括n个第一级平面螺旋形铰链和一个第一级圆环，所述第二级螺旋结构包括n个第二级平面螺旋形铰链和一个第二级圆环，所述第三级螺旋结构包括n个第三级平面螺旋形铰链；所述第一级圆环、所述第二级圆环与所述外环同心布置，并且，所述第一级圆环和所述第二级圆环由内向外依次排布；每个所述第一级平面螺旋形铰链的起始端均连接在所述终端平台的外部圆环上、每个所述第一级平面螺旋形铰链的终止端均连接在所述第一级圆环上，n个所述第一级平面螺旋形铰链的起始端沿所述终端平台的外部圆环的圆周均匀布置、n个所述第一级平面螺旋形铰链的终止端沿所述第一级圆环的圆周均匀布置；n个所述第一级平面螺旋形铰链具有相同的形状和相同的旋转方向，并且位于同一平面内；每个所述第二级平面螺旋形铰链的起始端均连接在所述第一级圆环上、每个所述第二级平面螺旋形铰链的终止端均连接在所述第二级圆环上，n个所述第二级平面螺旋形铰链的起始端分别位于n个所述第一级平面螺旋形铰链的终止端、n个所述第二级平面螺旋形铰链的终止端沿所述第二级圆环的圆周均匀布置；n个所述第二级平面螺旋形铰链具有相同的形状和相同的旋转方向，并且位于同一平面内；每个所述第三级平面螺旋形铰链的起始端均连接在所述第二级圆环上、每个所述第三级平面螺旋形铰链的终止端均连接在所述外环上，n个所述第三级平面螺旋形铰链的起始端分别位于n个所述第二级平面螺旋形铰链的终止端、n个所述第三级平面螺旋形铰链的终止端沿所述外环的圆周均匀布置；n个所述第三级平面螺旋形铰链具有相同的形状和相同的旋转方向，并且位于同一平面内；

底座，所述多级螺旋结构铰链支撑环的外环固定连接在所述底座上；以及，

压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器固定连接在所述底座内，所述多级螺旋结构铰链支撑环的终端平台的底部中心与所述压电陶瓷驱动器的顶端接触，由所述压电陶瓷驱动器产生Z向位移带动所述终端平台产生Z向位移。

进一步地，当n＝3，所述第一级平面螺旋形铰链的螺旋圈数为1～2，所述第二级平面螺旋形铰链的螺旋圈数为1/3～1/2，所述第三级平面螺旋形铰链的螺旋圈数为1/4～1/3。

进一步地，在所述多级螺旋结构铰链支撑环的外环的上部设置有垫片，所述多级螺旋结构铰链支撑环的外环和所述垫片通过螺栓连接与所述底座固接在一起。