本發(fā)明涉及微納米定位，具體涉及一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，六自由度微納米末端定位平臺(tái)在精密工程領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，廣泛應(yīng)用芯片制造于光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、納米光刻、超精密加工、掃描探針檢測(cè)和微納操作等諸多領(lǐng)域。如在步進(jìn)掃描光刻機(jī)中，承片臺(tái)和掩模臺(tái)采用宏微二級(jí)定位，微動(dòng)臺(tái)需要在±500μm和±1mrad的行程范圍內(nèi)進(jìn)行六自由度納米定位。在微納米末端定位平臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，柔性機(jī)構(gòu)是微納米末端定位平臺(tái)機(jī)構(gòu)本體的重要手段，柔性機(jī)構(gòu)具有無(wú)摩擦、零間隙以及易加工的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微納米末端定位平臺(tái)的裝置中。關(guān)于六自由度微納米末端定位平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器方面，廣泛使用壓電陶瓷等壓電驅(qū)動(dòng)器，由于壓電驅(qū)動(dòng)器輸出位移較小，往往在0.01mm～0.1mm，無(wú)法完成大行程位移需求，想要完成大行程的需求就要添加放大機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而放大機(jī)構(gòu)的加入往往增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位精度和控制更加困難。而在傳統(tǒng)基于直線(xiàn)導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)的大行程末端定位平臺(tái)中，常常因?yàn)槟Σ亮Φ膯?wèn)題出現(xiàn)分辨率低的情況。

2、中國(guó)cn108481306a公開(kāi)了一種大負(fù)載六自由度柔順并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)，采用六個(gè)小型電動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的運(yùn)動(dòng)。中國(guó)cn109502542a涉及一種基于柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多自由度納米末端定位平臺(tái)，該平臺(tái)采用納米精度的冗余驅(qū)動(dòng)，但結(jié)構(gòu)形式過(guò)于復(fù)雜，且使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器使得平臺(tái)行程較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷中的至少一種而提供一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其是由三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)組成的新型柔性微納米末端定位平臺(tái)，采用三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)，分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件實(shí)現(xiàn)末端定位平臺(tái)六個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，具有高剛度、高精度、低慣量等優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的六自由度微納米末端定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，加入柔性運(yùn)動(dòng)件和柔性球鉸能夠?qū)崿F(xiàn)在各個(gè)自由度方向上運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)行程更大、定位精度更高和控制更加方便。

3、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

4、一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，包括：

5、底板；設(shè)置于底板上方的末端定位平臺(tái)；以及設(shè)置于底板和末端定位平臺(tái)之間的多個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈，每一運(yùn)動(dòng)支鏈包括：設(shè)置于底板上的水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)；相對(duì)設(shè)置在水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)軸線(xiàn)兩側(cè)的兩個(gè)音圈電機(jī)機(jī)構(gòu)，其與水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)相連；以及球鉸連桿一體件，其一端與末端定位平臺(tái)活動(dòng)連接，另一端與水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)活動(dòng)連接。

6、進(jìn)一步地，多個(gè)所述運(yùn)動(dòng)支鏈以末端定位平臺(tái)的中心為圓心，并環(huán)繞圓心均布于底板上。

7、進(jìn)一步地，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)包括：多個(gè)陣列布置于末端定位平臺(tái)上的水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架；以及設(shè)置于多個(gè)水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架上的水平運(yùn)動(dòng)柔性件。

8、進(jìn)一步地，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架包括：相交的第一支架桿和第二支架桿，二者設(shè)置于水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架上；多個(gè)第一變形部，其間隔設(shè)置于第一支架桿和第二支架桿上；末端定位平臺(tái)連接塊，其與第一支架桿和第二支架桿間距相等，并通過(guò)設(shè)置于末端定位平臺(tái)連接塊與第一支架桿或第二支架桿之間的第二變形部相連，所述末端定位平臺(tái)連接塊用于連接末端定位平臺(tái)。

9、進(jìn)一步地，所述音圈電機(jī)機(jī)構(gòu)包括：音圈電機(jī)固定件；以及音圈電機(jī)，其包括：音圈電機(jī)定子；以及設(shè)在音圈電機(jī)定子內(nèi)的音圈電機(jī)動(dòng)子，所述音圈電機(jī)定子設(shè)置在音圈電機(jī)固定件朝向水平運(yùn)動(dòng)柔性件一側(cè)，所述音圈電機(jī)動(dòng)子與水平運(yùn)動(dòng)柔性件通過(guò)設(shè)置于二者間的音圈電機(jī)連接件相連。

10、進(jìn)一步地，所述音圈電機(jī)連接件與第一支架桿或第二支架桿的中部相連，多個(gè)所述第一變形部分布于第一支架桿或第二支架桿的中部?jī)蓚?cè)。

11、進(jìn)一步地，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中音圈電機(jī)動(dòng)子移動(dòng)方向與水平運(yùn)動(dòng)柔性件的軸線(xiàn)方向一致，同時(shí)水平運(yùn)動(dòng)柔性件中的第一變形部和第二變形部的變形方向也與音圈電機(jī)動(dòng)子移動(dòng)方向與水平運(yùn)動(dòng)柔性件的軸線(xiàn)方向一致。

12、進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)支鏈有三條，三條所述運(yùn)動(dòng)支鏈中的音圈電機(jī)位于同一水平面，三條所述運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件位于同一個(gè)水平面，三條所述運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件的軸線(xiàn)交點(diǎn)呈120度夾角。

13、進(jìn)一步地，所述球鉸連桿一體件包括；連桿；相對(duì)設(shè)置于連桿兩端的兩個(gè)球鉸，其中一個(gè)球鉸與末端定位平臺(tái)鉸接，另一個(gè)球鉸與末端定位平臺(tái)連接塊鉸接。

14、進(jìn)一步地，所述球鉸連桿一體件與水平運(yùn)動(dòng)柔性件的水平面之間的夾角為0-90°，球鉸連桿一體件與末端定位平臺(tái)的水平面之間的夾角0-90°。優(yōu)選地，所述球鉸連桿一體件與水平運(yùn)動(dòng)柔性件的水平面之間的夾角為45°，球鉸連桿一體件與末端定位平臺(tái)的水平面之間的夾角45°。

15、優(yōu)選地，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件為半田字型柔性件，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件固定件為長(zhǎng)方體型剛性件，所述球鉸連桿一體件為兩個(gè)柔性球鉸與一個(gè)工字型連桿一體化組成，所述音圈電機(jī)固定件和音圈電機(jī)連接件為剛性連接板，音圈電機(jī)定子為一個(gè)空心圓柱型構(gòu)件，動(dòng)子為一個(gè)磁性圓柱體。

16、優(yōu)選地，所述底板、末端定位平臺(tái)、多個(gè)水平運(yùn)動(dòng)柔性件、多個(gè)水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架、多個(gè)球鉸連桿一體件、多個(gè)音圈電機(jī)、多個(gè)音圈電機(jī)連接件和多個(gè)音圈電機(jī)固定件通過(guò)螺母進(jìn)行固定連接，但不僅限于螺母連接，保證定位平臺(tái)的各個(gè)組成部分連接緊密沒(méi)有間隙，實(shí)現(xiàn)末端定位平臺(tái)的高精度運(yùn)動(dòng)。

17、本發(fā)明每個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈由兩個(gè)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)柔性件，使水平運(yùn)動(dòng)柔性件能夠?qū)崿F(xiàn)水平面上的前后左右移動(dòng)；水平運(yùn)動(dòng)柔性件帶動(dòng)球鉸連桿一體件運(yùn)動(dòng)，球鉸連桿一體件運(yùn)動(dòng)使末端定位平臺(tái)產(chǎn)生位姿變化；通過(guò)同時(shí)驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件在水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步通過(guò)球鉸連桿一體帶動(dòng)末端在空間內(nèi)產(chǎn)生六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈繞末端定位平臺(tái)中心呈120度夾角分布，球鉸連桿一體件與末端平臺(tái)的水平面呈現(xiàn)45度夾角，但不僅限于45度；通過(guò)這樣的布置使整體結(jié)構(gòu)更加容易控制，提高了末端平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍和末端定位平臺(tái)的靈活性和準(zhǔn)確性。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、(1)本發(fā)明提供一種由三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)組成的新型柔性微納米末端定位平臺(tái)，采用三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)，分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件實(shí)現(xiàn)末端定位平臺(tái)六個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，具有高剛度、高精度、低慣量等優(yōu)點(diǎn)。

20、(2)本發(fā)明通過(guò)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)柔性，使其產(chǎn)生柔性變形，具有無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)間隙的優(yōu)點(diǎn)。

21、(3)本發(fā)明通過(guò)將柔性球鉸與連桿一體化加工，具有消除裝配誤差和提升傳動(dòng)精度的優(yōu)點(diǎn)。

22、(4)本發(fā)明采用音圈電機(jī)等電磁驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)柔性機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)末端定位平臺(tái)的六自由度納米定位，具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)行程大，運(yùn)動(dòng)控制直接和便于加工裝配等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，多個(gè)所述運(yùn)動(dòng)支鏈以末端定位平臺(tái)(8)的中心為圓心，并環(huán)繞圓心均布于底板(1)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述水平運(yùn)動(dòng)柔性件支架(3)包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述音圈電機(jī)機(jī)構(gòu)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述音圈電機(jī)連接件(5)與第一支架桿或第二支架桿的中部相連，多個(gè)所述第一變形部(63)分布于第一支架桿或第二支架桿的中部?jī)蓚?cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中音圈電機(jī)動(dòng)子(42)移動(dòng)方向與水平運(yùn)動(dòng)柔性件(6)的軸線(xiàn)方向一致，同時(shí)水平運(yùn)動(dòng)柔性件中的第一變形部(63)和第二變形部(64)的變形方向也與音圈電機(jī)動(dòng)子(42)移動(dòng)方向與水平運(yùn)動(dòng)柔性件(6)的軸線(xiàn)方向一致。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)支鏈有三條，三條所述運(yùn)動(dòng)支鏈中的音圈電機(jī)(4)位于同一水平面，三條所述運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件(6)位于同一個(gè)水平面。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述球鉸連桿一體件(7)包括；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，其特征在于，所述球鉸連桿一體件(7)與水平運(yùn)動(dòng)柔性件(6)的水平面之間的夾角為0-90°，球鉸連桿一體件(7)與末端定位平臺(tái)(8)的水平面之間的夾角為0-90°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種六自由度大行程柔性微納米末端定位平臺(tái)，包括：底板；設(shè)置于底板上方的末端定位平臺(tái)；以及設(shè)置于底板和末端定位平臺(tái)之間的多個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈，每一運(yùn)動(dòng)支鏈包括：設(shè)置于底板上的水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)；相對(duì)設(shè)置在水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)軸線(xiàn)兩側(cè)的兩個(gè)音圈電機(jī)機(jī)構(gòu)，其與水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)相連；以及球鉸連桿一體件，其一端與末端定位平臺(tái)活動(dòng)連接，另一端與水平運(yùn)動(dòng)柔性件機(jī)構(gòu)活動(dòng)連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一種由三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)組成的新型柔性微納米末端定位平臺(tái)，采用三個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)支鏈并聯(lián)，分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈中的水平運(yùn)動(dòng)柔性件實(shí)現(xiàn)末端定位平臺(tái)六個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，具有高剛度、高精度、低慣量等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：謝超,賴(lài)?yán)诮?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海工程技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/29