專利名稱：六自由度精密定位工作臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工作臺，特別是一種空間六自由度精密定位工作臺，可以實現(xiàn)納米級的定位精度。
背景技術(shù)：
在納米技術(shù)的研究工作中，納米級控制及定位被認為是納米技術(shù)的核心之一，為納米技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。納米級微定位在光學工程、生物工程、醫(yī)學工程、微型機電系統(tǒng)、超精密加工及測量等方面都有著廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)現(xiàn)有的納米定位機構(gòu)多為一個或者兩個自由度，當需要多個自由度時，采用模塊組合的方式實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)比較大，而且存在累積誤差，定位精度不高。采用steward結(jié)構(gòu)的定位機構(gòu)運動控制非常復(fù)雜。其他一些多自由度形式的定位裝置，采用連桿傳動的方式，運動間存在耦合，同樣影響到定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種六自由度精密定位工作臺，它應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、頻率響應(yīng)快和定位誤差可補償?shù)奶攸c。
本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種六自由度精密定位工作臺，其特征在于它由上層平臺和底層平臺構(gòu)成所述的底層平臺上包含固定臺體、運動平臺、第一平行板式柔性鉸鏈、第二平行板式柔性鉸鏈、三組柔性鉸鏈和連接凸臺，三組相同的第一壓電陶瓷致動器和緊定件；所述的上層平臺通過三組相同的第二壓電陶瓷致動器、傳動構(gòu)件、緊定螺釘、連接螺釘、鎖緊螺釘與底層平臺的運動平臺連接，形成一個運動整體；所述的三組柔性鉸鏈和連接凸臺中的一組的中心線與第一雙平行板柔性鉸鏈的對稱中心線重合，另外兩組對稱地布置于第二雙平行板柔性鉸鏈的對稱軸兩側(cè)；三組第一壓電陶瓷致動器通過各自的緊定件與連接凸臺和柔性鉸鏈形成三組水平面內(nèi)的驅(qū)動單元；垂直方向驅(qū)動的三組第二壓電陶瓷致動器呈等邊三角形排列，其下端通過鎖緊螺釘內(nèi)嵌在底層平臺的運動平臺上，上端連接傳動構(gòu)件，通過緊定螺釘和連接螺釘與上層平臺連接成一體；由連接螺釘、緊定螺釘、傳動構(gòu)件、第二壓電陶瓷致動器、鎖緊螺釘形成垂直面內(nèi)的三組驅(qū)動單元；所述的傳動構(gòu)件的中間部分)為球面副柔性鉸鏈。
所述的三組柔性鉸鏈形式為轉(zhuǎn)動副柔性鉸鏈。
所述的運動平臺上的第一雙平行板柔性鉸鏈和第二雙平行板柔性鉸鏈的八塊彈性平板的尺寸相同，剛度相等，組成兩個方向的雙柔性平行導(dǎo)向4桿機構(gòu)。
本實用新型的優(yōu)點本實用新型的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工裝配。采用高分辨率的壓電陶瓷致動器作為驅(qū)動元件，柔性鉸鏈作為傳動導(dǎo)向單元，使輸出位移的分辨率高、頻率響應(yīng)較快、運動傳遞無摩擦、無機械損耗。同時各傳動單元的布置可以消除運動耦合造成的定位誤差，因此可以達到很高的定位精度。


圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型的底層平臺結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型傳動構(gòu)件5的剖面圖具體實施方式
先請參閱圖1、圖2和圖3，由圖可見，本實用新型六自由度精密定位工作臺由上層平臺2和底層平臺1構(gòu)成所述的底層平臺1上包含固定臺體1-1、運動平臺1-2、第一平行板式柔性鉸鏈1-3、第二平行板式柔性鉸鏈1-4、三組柔性鉸鏈1-5和連接凸臺1-6，三組相同的第一壓電陶瓷致動器8和緊定件9；所述的上層平臺2通過三組相同的第二壓電陶瓷致動器6、傳動構(gòu)件5、緊定螺釘4、連接螺釘3、鎖緊螺釘7與底層平臺1的運動平臺1-2連接，形成一個運動整體；三組柔性鉸鏈1-5和連接凸臺1-6中的一組的中心線與第一雙平行板柔性鉸鏈1-3的對稱中心線重合，另外兩組對稱地布置于第二雙平行板柔性鉸鏈1-4的對稱軸兩側(cè)；三組第一壓電陶瓷致動器8通過各自的緊定件9與連接凸臺1-6和柔性鉸鏈1-5形成三組水平面內(nèi)的驅(qū)動單元；垂直方向驅(qū)動的三組第二壓電陶瓷致動器6呈等邊三角形排列，其下端通過鎖緊螺釘7內(nèi)嵌在底層平臺1的運動平臺1-2上，上端連接傳動構(gòu)件5，通過緊定螺釘4和連接螺釘3與上層平臺2連接成一體；由連接螺釘3、緊定螺釘4、傳動構(gòu)件5、第二壓電陶瓷致動器6、鎖緊螺釘7形成垂直面內(nèi)的三組驅(qū)動單元；所述的傳動構(gòu)件5的中間部分5-3為球面副柔性鉸鏈。
所述的三組柔性鉸鏈1-5形式為轉(zhuǎn)動副柔性鉸鏈。
運動平臺(1-2)上的第一雙平行板柔性鉸鏈1-3和第二雙平行板柔性鉸鏈1-4的八塊彈性平板的尺寸相同，剛度相等，組成兩個方向的雙柔性平行導(dǎo)向4桿機構(gòu)。
所述的底層平臺1實現(xiàn)機構(gòu)x，y方向的平動和對z軸的轉(zhuǎn)動，上層平臺2實現(xiàn)對x，y軸的轉(zhuǎn)動和沿z軸的平動。四組彈性平板1-4組成x方向雙柔性平行導(dǎo)向4桿機構(gòu)，可以有效的消除單平行導(dǎo)向機構(gòu)中存在的位移耦合現(xiàn)象，在x方向的驅(qū)動力和彈性平板1-4的導(dǎo)向作用下，實現(xiàn)x方向的位移。四組彈性平板1-3組成y方向雙柔性平行導(dǎo)向4桿機構(gòu)，當y方向的兩組第一壓電陶瓷致動器8同時等量伸長時，實現(xiàn)y方向的移動。當y方向上的兩組第一壓電陶瓷致動器8驅(qū)動力不同時，運動平臺1-2實現(xiàn)繞垂直軸z的轉(zhuǎn)動位移。柔性鉸鏈1-5的作用是使運動平臺1-2的旋轉(zhuǎn)運動不受阻礙。三組柔性鉸鏈1-5、連接凸臺1-6的其中一組其中心線與雙平行板柔性鉸鏈1-3的對稱中心線重合，另外兩組對稱布置于雙平行板柔性鉸鏈1-4的對稱軸兩側(cè)，采用該種布置方式可以有效的對定位誤差進行修正補償。上層平臺2通過三組相同的第二壓電陶瓷致動器6，傳動構(gòu)件5，緊定螺釘4，連接螺釘3，鎖緊螺釘7與底層運動平臺1-2連接，形成一個運動整體。通過底層運動平臺1-2的水平方向三維運動實現(xiàn)上層平臺2的水平方向三維運動。垂直方向驅(qū)動的三組第二壓電陶瓷致動器6，其下端通過鎖緊螺釘7內(nèi)嵌于底層運動平臺1-2上，上端連接傳動構(gòu)件5，通過緊定螺釘4和連接螺釘3與上層平臺2連接成一體。由3、4、5、6、7形成垂直面內(nèi)的三組驅(qū)動單元，該三組驅(qū)動單元呈等邊三角形排列。當三組驅(qū)動單元伸長量相同時，實現(xiàn)平臺2沿垂直軸z的平動。當三組驅(qū)動單元相對伸長時，平臺2可以實現(xiàn)繞x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)。傳動構(gòu)件5參見圖3，圖中5-1是供連接螺釘3的連接螺孔，5-2是供緊定螺釘4的連接螺孔，5-4是供鎖緊螺釘7連接的螺孔，中間部分5-3為球面幅柔性鉸鏈，本身具有3個自由度，其作用是使平臺2的旋轉(zhuǎn)運動不受阻礙。
權(quán)利要求1.一種六自由度精密定位工作臺，其特征在于它由上層平臺(2)和底層平臺(1)構(gòu)成所述的底層平臺(1)上包含固定臺體(1-1)、運動平臺(1-2)、第一平行板式柔性鉸鏈(1-3)、第二平行板式柔性鉸鏈(1-4)、三組柔性鉸鏈(1-5)和連接凸臺(1-6)，三組相同的第一壓電陶瓷致動器(8)和緊定件(9)；所述的上層平臺(2)通過三組相同的第二壓電陶瓷致動器(6)、傳動構(gòu)件(5)、緊定螺釘(4)、連接螺釘(3)、鎖緊螺釘(7)與底層平臺(1)的運動平臺(1-2)連接，形成一個運動整體；三組柔性鉸鏈(1-5)和連接凸臺(1-6)中的一組的中心線與第一雙平行板柔性鉸鏈(1-3)的對稱中心線重合，另外兩組對稱地布置于第二雙平行板柔性鉸鏈(1-4)的對稱軸兩側(cè)；三組第一壓電陶瓷致動器(8)通過各自的緊定件(9)與連接凸臺(1-6)和柔性鉸鏈(1-5)形成三組水平面內(nèi)的驅(qū)動單元；垂直方向驅(qū)動的三組第二壓電陶瓷致動器(6)呈等邊三角形排列，其下端通過鎖緊螺釘(7)內(nèi)嵌在底層平臺(1)的運動平臺(1-2)上，上端連接傳動構(gòu)件(5)，通過緊定螺釘(4)和連接螺釘(3)與上層平臺(2)連接成一體；由連接螺釘(3)、緊定螺釘(4)、傳動構(gòu)件(5)、第二壓電陶瓷致動器(6)、鎖緊螺釘(7)形成垂直面內(nèi)的三組驅(qū)動單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度精密定位工作臺，其特征在于所述的傳動構(gòu)件(5)的中間部分(5-3)為球面副柔性鉸鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度精密定位工作臺，其特征在于所述的三組柔性鉸鏈(1-5)形式為轉(zhuǎn)動副柔性鉸鏈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的六自由度精密定位工作臺，其特征在于運動平臺(1-2)上的第一雙平行板柔性鉸鏈(1-3)和第二雙平行板柔性鉸鏈(1-4)的八塊彈性平板的尺寸相同，剛度相等，組成兩個方向的雙柔性平行導(dǎo)向4桿機構(gòu)。
專利摘要一種六自由度精密定位工作臺，它由上下兩層平臺連接而成，其中下層平臺由兩組雙平行板式柔性鉸鏈作為導(dǎo)向機構(gòu)，采用三組驅(qū)動單元實現(xiàn)兩個方向的平動和一個方向的轉(zhuǎn)動。上層平臺與下層平臺的運動平臺部分連接，采用三組等邊三角形布置的驅(qū)動單元和球面副柔性鉸鏈實現(xiàn)一個方向的平動和兩個方向的轉(zhuǎn)動。驅(qū)動單元采用壓電陶瓷致動器，使位移輸出分辨率和定位精度高，頻率響應(yīng)快，無機械摩擦，且機構(gòu)定位可以實現(xiàn)補償。本實用新型可實現(xiàn)納米級的定位精度。
文檔編號G12B5/00GK2782326SQ200520040058
公開日2006年5月24日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者王勇, 劉志剛, 薄鋒, 朱健強 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所