一种并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台

技术领域

本发明涉及微定位技术领域，具体为一种二次放大复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台。

背景技术

近年来，微定位技术在微电子制造、生物医学工程、光学、微组装、超精密加工等领域发挥着越来越重要的作用。而微机械执行技术则是实现微定位的关键技术。微定位平台必须满足具有较高的定位精度、工作行程、承载能力和较小的体积。而现有的多自由度微定位平台体积较大、行程较小等问题，使多自由度微定位平台的应用场景受限。因此，研究具有大行程、大承载力和高精度的微定位平台是当前的热门话题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台，具有大行程、大承载力、体积小、结构简单、无需润滑的优点，相比与传统多自由度微定位平台具有广泛的应用场景。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台，包括定平台，所述定平台上周向设置有三个复桥组合杠杆，所述复桥组合杠杆上通过双轴柔性铰链安装有动平台，所述复桥组合杠杆设有复桥位移放大机构，且复桥位移放大机构内设有压电陶瓷驱动器。

优选的，所述复桥组合杠杆

包括L型下支撑杆、上支撑杠杆和连接铰链，所述连接铰链连接L型下支撑杆和上支撑杠杆；所述复桥位移放大机构设置在L型下支撑杆、上支撑杠杆和连接铰链之间；

所述连接铰链设置在上支撑杠杆的一端下侧壁，所述双轴柔性铰链设置在上支撑杠杆的另一端上侧壁。

优选的，所述复桥位移放大机构包括

内凸块，一对所述内凸块间设通过过盈配合连接压电陶瓷驱动器；

双层长臂柔性铰链，所述双层长臂柔性铰链连接一对所述的内凸块；所述双层长臂柔性铰链中的下层长臂柔性铰链安装在L型下支撑杆上，所述双层长臂柔性铰链中的上层长臂柔性铰链通过直臂柔性铰链安装于上支撑杠杆。

优选的，所述双层长臂柔性铰链为八条长臂柔性铰链。

优选的，所述定平台和复桥组合杠杆通过定平台连接块相连接；

所述双轴柔性铰链与动平台间设有动平台连接块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：平台整体的组合杠杆部分采用三个完全一样的复桥组合杠杆式位移放大机构呈等边三角形并联而成，平台总体尺寸较小并且具有更大的承载力。

复桥组合杠杆式位移放大机构，相比于传统的位移放大机构具有更大的刚度和放大比。并通过将其与杠杆机构进行配合，使得位移能够得到二次放大，从而达到大行程定位的效果。

采用新型双轴柔性铰链代替传统球铰链，使位移放大机构与球铰链可以一体化加工，减少了装配间隙误差。

在减小占地空间的同时，具有大行程、运动分辨率高、无需润滑、不产生热量和噪音的优点。

附图说明

图1为本发明并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台的结构示意图。

图2为本发明并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台的立体图。

图3为本发明并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台的复桥组合杠杆处示意图。

1、动平台；2、双轴柔性铰链；3、复桥组合杠杆；4、压电陶瓷驱动器；5、定平台；6、直臂柔性铰链；7、复桥位移放大机构；8、内凸块；9、动平台连接块；10、定平台连接块；11、双层长臂柔性铰链。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台，包括定平台5，定平台5上周向设置有三个复桥组合杠杆3，从形成一个等边三角形。复桥组合杠杆3上通过双轴柔性铰链2安装有动平台1，复桥组合杠杆3设有复桥位移放大机构7，且复桥位移放大机构7内设有压电陶瓷驱动器4，其型号为RP150/10x10/58堆叠压电陶瓷致动器。通过调整三个压电陶瓷驱动器4的输入位移可使动平台1实现Z方向移动、X方向旋转以及Y方向旋转。

复桥组合杠杆3包括L型下支撑杆、上支撑杠杆和连接铰链，连接铰链连接L型下支撑杆和上支撑杠杆，连接铰链同样可选为直臂柔性铰链；复桥位移放大机构7设置在L型下支撑杆、上支撑杠杆和连接铰链之间。连接铰链设置在上支撑杠杆的一端下侧壁，所述双轴柔性铰链2设置在上支撑杠杆的另一端上侧壁。这样复桥位移放大机构7发生初次位移后，通过杠杆原理，能使得双轴柔性铰链2抬起的部分经过二次放大，因此放大比成倍增加，从而达到增大行程位移的效果。

复桥位移放大机构7包括内凸块8，一对内凸块8间设通过过盈配合连接压电陶瓷驱动器4，这样压电陶瓷驱动器4启动后，其左右方向的位移将直接作用在两侧的内凸块8上。

双层长臂柔性铰链11，一对内凸块8通过双层长臂柔性铰链11连接；双层长臂柔性铰链11中的下层长臂柔性铰链安装在L型下支撑杆上，双层长臂柔性铰链11中的上层长臂柔性铰链通过直臂柔性铰链6安装于上支撑杠杆。同时双层长臂柔性铰链11优选为为八条长臂柔性铰链，且八条长臂柔性铰链成对称设置。当电陶瓷驱动器4向两侧分开后，其输入位移将作用在内凸块8上，输入位移经复桥位移放大机构7初次放大。复桥位移放大机构7与上支撑杠杆通过直臂柔性铰链6连接，经过复桥位移放大机构7放大后的输入位移再一次经过作为杠杆的上支撑杠杆进行放大，从而实现了二级放大。通过调整三个压电陶瓷驱动器4的输入位移可使动平台实现Z方向移动、X方向旋转以及Y方向旋转。通过将复桥位移放大机构7设计成复式铰链结构，增强了位移放大机构的刚度，从而提高了平台的承载力和动态输出性能。复式铰链结构与内凸块8成一定的夹角可以使内凸块8为电陶瓷驱动器4提供额外的预紧力。

定平台5和复桥组合杠杆3通过定平台连接块10相连接；双轴柔性铰链2与动平台1间设有动平台连接块9。

双轴柔性铰链2、直臂柔性铰链6与复桥位移放大机构7均为整体式结构且便于加工。

并联复桥组合杠杆式大行程三自由度精密微定位平台，其具有特定装配次序，具体为先将三支压电陶瓷分别以过盈配合装配在三个复桥组合杠杆式位移放大机构上，然后将复桥组合杠杆式位移放大机构分别以等边三角形的布置方式用螺钉固定在定平台上，最后用三个螺钉将复桥组合杠杆式位移放大机构与动平台连接，实现平台整体装配。最后通过调整三个压电陶瓷的输出位移实现平台的三自由度运动。平台的复桥组合杠杆式位移放大机构采用了复桥位移放大机构和杠杆位移放大机构串联而成并采用新型双轴柔性铰链使复桥组合杠杆式位移放大机构一体化加工，使平台具有了大行程、大刚度、大承载力、无需润滑的优点，对于传统微定位平台具有更广阔的适用范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。