大行程三维纳米柔性运动平台的制作方法
[0031]也就是说，由于第一放大杆1051的输入力矩小于第一放大杆1051的输出力矩，第二放大杆1052的输入力矩小于第二放大杆1052的输出力矩，因此第一放大杆1051和第二放大杆1052可以达到放大位移的功能。
[0032]下面参考图1-图8描述根据本发明实施例的大行程三维纳米柔性运动平台10的工作过程。当该X向驱动器驱动终端平台102时，该X向驱动器在X向上对第一放大杆1051施加作用力，以便驱动第一放大杆1051转动。第一放大杆1051的输出端通过第一 Z向柔性解耦件1041带动终端平台102运动，第一放大杆1051将该X向驱动器的驱动行程放大，以便增加终端平台102在X向上的行程。此时，第一 Z向柔性解耦件1041不发生变形，但是第二 Z向柔性解耦件1042发生相应的挠变形。
[0033]同理，当该Y向驱动器驱动终端平台102时，该Y向驱动器在Y向上对第二放大杆1052施加作用力，以便驱动第二放大杆1052转动。第二放大杆1052的输出端通过第二 Z向柔性解耦件1042带动终端平台102运动，第二放大杆1052将该Y向驱动器的驱动行程放大，以便增加终端平台102在Y向上的行程。此时，第二 Z向柔性解耦件1042不发生变形，而第一 Z向柔性解耦件1041发生相应的挠变形。
[0034]当该X向驱动器和该Y向驱动器同时工作时(即该X向驱动器驱动终端平台102且该Y向驱动器驱动终端平台102)，在X向和Y向上分别产生上述运动，从而实现终端平台102在平面(XOY平面)内的自由运动。此时，第一 Z向柔性解耦件1041和第二 Z向柔性解耦件1042均发生相应的挠变形。
[0035]根据本发明实施例的大行程三维纳米柔性运动平台10通过设置第一放大杆1051和第二放大杆1052，从而可以利用第一放大杆1051放大终端平台102在X向上的行程且利用第二放大杆1052放大终端平台102在Y向上的行程。由此可以使大行程三维纳米柔性运动平台10兼具厘米级大行程和纳米级精度的优点。
[0036]而且，根据本发明实施例的大行程三维纳米柔性运动平台10通过设置第一 Z向柔性解耦件1041和第二 Z向柔性解耦件1042，从而可以利用第一 Z向柔性解耦件1041的挠变形来实现对终端平台102的Y方向运动的解耦，且利用第二 Z向柔性解耦件1042的挠变形来实现对终端平台102的X方向运动的解耦，由此可以实现终端平台102的高精度运动。其中，第一 Z向柔性解耦件1041和第二 Z向柔性解耦件1042在任何运动点只承受拉应力，从而避免了细长杆的受压失稳问题。其中，细长杆是指大行程三维纳米柔性运动平台10的细长状的部件。
[0037]此外，由于第一 Z向柔性解耦件1041和第二 Z向柔性解耦件1042沿Z向延伸，从而可以极大地减小大行程三维纳米柔性运动平台10在XOY平面上的尺寸。
[0038]因此，根据本发明实施例的大行程三维纳米柔性运动平台10具有平面尺寸小、运动精度高、运动行程大等优点，且兼具厘米级大行程和纳米级精度的优点。
[0039]如图1-图6所示，根据本发明的一些实施例的大行程三维纳米柔性运动平台10包括基座101、终端平台102、X向驱动器、Y向驱动器、第一 Z向柔性解耦件1041、第二 Z向柔性解耦件1042、第三Z向柔性解耦件1043、第四Z向柔性解耦件1044、第一放大杆1051、第二放大杆1052、第三放大杆1053、第四放大杆1054、第一连接件1061、L形的第二连接件1062、第三连接件1063、L形的第四连接件1064、第五连接件1065、L形的第六连接件1066、第七连接件1067和L形的第八连接件1068。
[0040]终端平台102可以是平板状。该X向驱动器和该Y向驱动器中的每一个都可以是音圈电机。
[0041]在本发明的一个实施例中，如图4和图5所示，第三Z向柔性解耦件1043和第四Z向柔性解耦件1044中的每一个沿Z向延伸，第三Z向柔性解耦件1043的一端与终端平台102相连，第四Z向柔性解耦件1044的一端与终端平台102相连。第三放大杆1053的下端通过第三下柔性铰链1096与基座101相连，第三放大杆1053的上端通过第三上柔性铰链1095与第三Z向柔性解耦件1043相连。第四放大杆1054的下端通过第四下柔性铰链1098与基座101相连，第四放大杆1054的上端通过第四上柔性铰链1097与第四Z向柔性解耦件1044相连。由此可以进一步提高大行程三维纳米柔性运动平台10的运动精度，从而可以使大行程三维纳米柔性运动平台10的结构更加合理。
[0042]当该X向驱动器驱动终端平台102时，第一放大杆1051的输出端通过第一 Z向柔性解耦件1041带动终端平台102运动且第三放大杆1053的输出端通过第三Z向柔性解耦件1043带动终端平台102运动。此时，第一 Z向柔性解耦件1041和第三Z向柔性解耦件1043不发生变形，但是第二 Z向柔性解耦件1042和第四Z向柔性解耦件1044发生相应的挠变形。
[0043]同理，当该Y向驱动器驱动终端平台102时，第二放大杆1052的输出端通过第二Z向柔性解耦件1042带动终端平台102运动且第四放大杆1054的输出端通过第四Z向柔性解耦件1044带动终端平台102运动，此时，第二 Z向柔性解耦件1042和第四Z向柔性解耦件1044不发生变形，而第一 Z向柔性解耦件1041和第三Z向柔性解耦件1043发生相应的挠变形。
[0044]当该X向驱动器和该Y向驱动器同时工作时(即该X向驱动器驱动终端平台102且该Y向驱动器驱动终端平台102)，在X向和Y向上分别产生上述运动，从而实现终端平台102在平面(XOY平面)内的自由运动。此时，第一 Z向柔性解耦件1041、第二 Z向柔性解耦件1042、第三Z向柔性解耦件1043和第四Z向柔性解耦件1044均发生相应的挠变形。
[0045]第一放大杆1051、第二放大杆1052、第三放大杆1053和第四放大杆1054中的每一个都是将最下面的柔性铰链作为支点、将最上面的柔性铰链作为输出端、将中间的柔性铰链作为输入端，由于输入力矩小于输出力矩，因此输入位移小于输出位移，从而有位移放大的作用。
[0046]在本发明的一个实施例中，第一放大杆1051与第三放大杆1053相对YOZ平面对称，第二放大杆1052与第四放大杆1054相对XOZ平面对称。由此第一放大杆1051、第二放大杆1052、第三放大杆1053和第四放大杆1054可以形成类似平行四杆的机构，从而进一步保证终端平台102平动，进一步防止终端平台102出现俯仰。
[0047]如图3-图5所示，该X向驱动器通过沿X向延伸的第一 X向连接件1071与第一放大杆1051相连，该Y向驱动器通过沿Y向延伸的第一 Y向连接件1072与第二放大杆1052相连。沿X向延伸的第二 X向连接件1073的一端与第三放大杆1053相连，沿Y向延伸的第二 Y向连接件1074的一端与第四放大杆1054相连。由此可以使该X向驱动器更加容易地与第一放大杆1051相连，且该Y向驱动器更加容易地与第二放大杆1052相连，从而可以使大行程三维纳米柔性运动平台10的结构更加合理。
[0048]具体而言，第一 X向连接件1071的一端与X向驱动器相连，第一 X向连接件1071的另一端与第一放大杆1051相连。第一 Y向连接件1072的一端与Y向驱动器相连，第一Y向连接件1072的另一端与第二放大杆1052相连。其中，第一放大杆1051的与第一 X向连接件1071相连的部分为第一放大杆1051的输入端，第二放大杆1052的与第一 Y向连接件1072相连的部分为第二放大杆1052的输入端。
[0049]其中，第一 X向连接件1071与第二 X向连接件1073相对YOZ平面对称，第一 Y向连接件1072与第二 Y向连接件1074相对XOZ平面对称。由此可以进一步提高大行程三维纳米柔性运动平台10的运动精度。
[0050]有利地，第一 X向连接件1071的另一端通过第一柔性铰链1075与第一放大杆1051相连，第一 Y向连接件1072的另一端通过第二柔性铰链1076与第二放大杆1052相连。第二 X向连接件1073的一端通过第三柔性铰链1077与第三放大杆1053相连，第二 Y向连接件1074的一端通过第四柔性铰链1078与第四放大杆1054相连。
[0051]由此可以使第一 X向连接件1071、第一 Y向连接件1072、第二 X向连接件1073和第二 Y向连接件1074都稳定地沿某一个XOY平面移动，进而可以使该X向驱动器和该Y向驱动器稳定地沿某一个XOY平面移动。换言之，可以使第一 X向连接件1071、第一 Y向连接件1072、第二 X向连接件1073、第二 Y向连接件1074、该X向驱动器和该Y向驱动器不在Z向上移动。
[0052]如图1所示，第一连接件1061与第一 Z向柔性解耦件1041的上端相连，第一连接件1061通过第一上柔性铰链1091与第一放大杆1051的上端相连。第二连接件1062的竖直肢10621沿Z向延伸，第二连接件1062的竖直肢10621的上端与终端平台102相连，第二连接件1062的水平肢1062
文档序号 :
【 9218284 】
技术研发人员：张震,汤佳骏,王鹏,闫鹏
技术所有人：清华大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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