一种两自由度精密运动平台

1.本实用新型涉及运动控制的技术领域，尤其涉及一种两自由度精密运动平台。

背景技术：

2.随着现代科学技术与工程技术领域的快速发展，微纳米技术也逐渐成为现在国内外研究的热点，而精密加工技术作为微纳米技术的重要组成部分，在很大程度上反映了一个国家的综合经济和技术水平，是衡量国家加工制造技术水平的标志，也是国家经济的重要支柱。精密加工装备在尖端工业生产和学术研究中都有处于至关重要的地位，影响着例如扫描电子显微镜、微机电系统、精密光学、生物工程、集成电路等诸多行业的发展。
3.基于压电陶瓷与柔顺机构的精密定位平台在近年来也成为微纳技术的重要研究部分，从早期的单自由度精密定位平台发展到现在的空间六自由度精密定位平台。不同自由度的平台可以满足精密定位的各种需求。现有的精密定位平台定位精度最高可达纳米级别，且行程可达微米到毫米级别。对于具有x方向和z方向两个自由度的精密定位平台，两个方向的运动耦合对定位精度有重要的影响，需要设计一定的结构进行两个自由度的解耦。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型为了解决现有技术中存在的缺点，提出一种两自由度精密运动平台。
5.本实用新型的实施例提供一种两自由度精密运动平台，包括：
6.定平台，沿y方向延伸设置；
7.一级动平台，呈沿x方向和y方向延伸的框式结构，所述一级动平台设于所述定平台的侧边；
8.二级动平台，设于所述一级动平台内，具有沿x方向和z方向的活动行程；
9.第一杠杆放大机构，包括两个沿y方向间隔并行设置的第一杠杆，每一所述第一杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第一杠杆设于所述定平台的两侧；
10.第二杠杆放大机构，包括两个沿y方向间隔并行设置的第二杠杆，每一所述第二杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第二杠杆设于所述二级动平台内；
11.两个压电陶瓷，其中一个所述压电陶瓷设于所述定平台上，与所述第一杠杆连接，另一所述压电陶瓷设于所述一级动平台内，与所述第二杠杆连接；
12.平行导向机构，设于所述一级动平台与所述第一杠杆之间；
13.两个第一梁结构，设于所述一级动平台的两侧，用于连接所述一级动平台和两个所述第一杠杆；以及，
14.两个第二梁结构，设于所述二级动平台的两侧，用于连接所述二级动平台和两个所述第二杠杆；
15.其中，所述第一梁结构的宽度方向沿z方向延伸、所述第二梁结构的宽度方向沿x轴延伸设置。
16.可选地，所述平行导向机构包括两对沿x方向对称设置的叶型铰链。
17.可选地，所述平行导向机构做挖空处理。
18.可选地，所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括两个沿z方向并行设置的梁；或，
19.所述第一梁结构和所述第二梁结构在z方向上做挖空处理。
20.可选地，所述第一梁结构和所述第二梁结构中的梁均为z型梁；
21.所述z型梁包括三根依次串联的直梁，位于中间的直梁与两端的直梁垂直。
22.可选地，所述第二梁结构中的z型梁的中部在其宽度方向做挖空处理。
23.可选地，所述定平台、所述一级动平台和所述二级动平台的制成材料均为7075al材质。
24.可选地，两个所述第一杠杆之间的距离和所述第一杠杆的长度均不大于200mm。
25.本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的两自由度精密运动平台中通过利用压电陶瓷及第一梁结构和第二梁结构的变形来驱动二级动平台在x和z方向运动，实现了空间两自由度运动，并具有较大的行程。本发申请相对于传统两自由度精密定位平台的最大优势在于不仅可以实现两自由度运动，还以平面机构方式实现，节约了空间，在某些特定的工作场合具有较大优势。
附图说明
26.图1是本实用新型提供的两自由度精密运动平台一实施例的正视示意图；
27.图2是图1中的结构示意图；
28.图3是图1中的第一梁结构的结构示意图；
29.图4是图1中的第二梁结构的结构示意图；
30.图5是图1中的第二梁结构的未受力时的示意图；
31.图6是图1中的第二梁结构的受力后弯曲的示意图。
32.图中：两自由度精密运动平台100、定平台1、一级动平台2、二级动平台3、第一杠杆放大机构4、第二杠杆放大机构5、压电陶瓷6、平行导向机构7、第一梁结构8、第二梁结构9。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
34.请参考图1-图4所示，本实用新型的实施例提供的一种两自由度精密运动平台100，包括定平台1、一级动平台2、二级动平台3、第一杠杆放大机构4、第二杠杆放大机构5、两个压电陶瓷6、平行导向机构7、两个第一梁结构8和两个第二梁结构9。
35.定平台1沿y方向延伸设置；一级动平台2呈沿x方向和y方向延伸的框式结构，所述一级动平台2设于所述定平台1的侧边；二级动平台3设于所述一级动平台2内，具有沿x方向和z方向的活动行程；第一杠杆放大机构4包括两个沿y方向间隔并行设置的第一杠杆，每一所述第一杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第一杠杆设于所述定平台1的两侧；第二杠杆放大机构5包括两个沿y方向间隔并行设置的第二杠杆，每一所述第二杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第二杠杆设于所述二级动平台3内；其中一个所述压电陶瓷6设于所述定平
台1上，与所述第一杠杆连接，另一所述压电陶瓷6设于所述一级动平台2内，与所述第二杠杆连接；平行导向机构7设于所述一级动平台2与所述第一杠杆之间；两个第一梁结构8设于所述一级动平台2的两侧，用于连接所述一级动平台2和两个所述第一杠杆；以及，两个第二梁结构9设于所述二级动平台3的两侧，用于连接所述二级动平台3和两个所述第二杠杆；其中，所述第一梁结构8的宽度方向沿z方向延伸、所述第二梁结构9的宽度方向沿x轴延伸设置。
36.定平台1作为固定端，被设置为静止不动，第一杠杆放大机构4和第二杠杆放大机构5可以放大两个压电陶瓷6的输入位移。所述平行导向机构7包括两对沿x方向对称设置的叶型铰链，其主要作用是实现一级动平台2平面x方向上的解耦运动，减小寄生位移。同时，对所述平行导向机构7做挖空处理，降低其刚度，尽可能地降低对平台x方向行程的影响。所述第一梁结构8的宽度方向沿z方向延伸、所述第二梁结构9的宽度方向沿x轴延伸设置，可以使得第一梁结构8通过受力弯曲变形，不仅可以实现位移放大，还可以实现对一级动平台2在x方向的位移放大；第二梁结构9能够实现二级动平台3在z方向的行程，二级动平台3设于一级动平台2内，从而可以实现二级动平台3在x方向和z方向上的两自由度活动。
37.本实用新型提供的一种两自由度精密定位平台为沿x方向对称的结构，利用电火花切割技术进行制造。压电陶瓷6具有较高的分辨率与响应速度，本平台利用两个压电陶瓷6作为驱动器，实现了平台两自由度运动的功能，并结合第一杠杆放大机构4和第二杠杆放大机构5对第一梁结构8和第二梁结构9放大了输入位移。区别于普通的两自由度平台，该平台利用平面结构实现了二级动平台3的空间两自由度的运动。
38.进一步地，所述第一梁结构8和所述第二梁结构9均包括两个沿z方向并行设置的梁；或，所述第一梁结构8和所述第二梁结构9在z方向上做挖空处理。如此设置，既可以降低梁的刚度，又可以减轻降低第二梁结构9对平台在x方向运动的影响。
39.具体地，参照图3和图4所示，所述第一梁结构8和所述第二梁结构9中的梁均为z型梁；所述z型梁包括三根依次串联的直梁，位于中间的直梁与两端的直梁垂直。
40.进一步地，参照图4所示，所述第二梁结构9中的z型梁的中部在其宽度方向做挖空处理。采用z型梁并对内部所用到的z型梁做挖空处理，降低其刚度，提升了平台在z方向的运动行程。
41.优选地，所述定平台1、所述一级动平台2和所述二级动平台3的制成材料均为7075al材质。使用7075al材质，有助于减小平台整体质量，使其具有较好的动态性能。
42.进一步地，两个所述第一杠杆之间的距离和所述第一杠杆的长度均不大于200mm。具体地，在本实施例中，该平台平台的整体尺寸约为200mm
×
140mm
×
10mm一种两自由度运动精密定位平台的运动机理如下所述：
43.s1、图1中一共展示了两个压电陶瓷6的布置方式，连接第一杠杆的压电陶瓷6为第一压电陶瓷，连接第二杠杆的压电陶瓷6为第二压电陶瓷。第一压电陶瓷控制末端平台(即所述二级动平台3)沿x方向的运动，第二压电陶瓷控制末端平台沿z方向的运动。
44.s2、要使平台往x轴方向运动，仅需驱动第一压电陶瓷。
45.s3、要使平台往z轴方向运动，仅需驱动第二压电陶瓷。
46.s4、要使平台往x轴方向进行运动，参考图1中z型梁的工作原理及图2的结构示意图可知，可以驱动第一压电陶瓷，由于单个压电陶瓷的驱动力大小一致，因此平台没有往y
轴的位移。
47.s5、要使平台往z轴方向进行运动，参考图1中z型梁的工作原理及图2的结构示意图可知，可以驱动第二压电陶瓷，由于单个压电陶瓷的驱动力大小一致，因此平台没有往x轴或y轴的位移。
48.s6、要使平台在xz两轴方向上同时运动，则需同时驱动第一压电陶瓷和第二压电陶瓷。
49.本技术的两自由度精密定位平台采用z型梁弯曲变形的原理，如图5和图6所示，利用其原理驱动平台在x和z方向运动，实现了空间两自由度运动，并具有较大的行程。本发申请相对于传统两自由度精密定位平台的最大优势在于不仅可以实现两自由度运动，还以平面机构方式实现，节约了空间，在某些特定的工作场合具有较大优势；同时对平台内部所用到的z型梁进行了优化设计，降低其刚度，提升了平台在z轴方向的运动行程。
50.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
51.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种两自由度精密运动平台，其特征在于，包括：定平台，沿y方向延伸设置；一级动平台，呈沿x方向和y方向延伸的框式结构，所述一级动平台设于所述定平台的侧边；二级动平台，设于所述一级动平台内，具有沿x方向和z方向的活动行程；第一杠杆放大机构，包括两个沿y方向间隔并行设置的第一杠杆，每一所述第一杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第一杠杆设于所述定平台的两侧；第二杠杆放大机构，包括两个沿y方向间隔并行设置的第二杠杆，每一所述第二杠杆均沿x方向延伸设置，两个所述第二杠杆设于所述二级动平台内；两个压电陶瓷，其中一个所述压电陶瓷设于所述定平台上，与所述第一杠杆连接，另一所述压电陶瓷设于所述一级动平台内，与所述第二杠杆连接；平行导向机构，设于所述一级动平台与所述第一杠杆之间；两个第一梁结构，设于所述一级动平台的两侧，用于连接所述一级动平台和两个所述第一杠杆；以及，两个第二梁结构，设于所述二级动平台的两侧，用于连接所述二级动平台和两个所述第二杠杆；其中，所述第一梁结构的宽度方向沿z方向延伸、所述第二梁结构的宽度方向沿x轴延伸设置。2.如权利要求1所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述平行导向机构包括两对沿x方向对称设置的叶型铰链。3.如权利要求1或2所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述平行导向机构做挖空处理。4.如权利要求1所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一梁结构和所述第二梁结构均包括两个沿z方向并行设置的梁；或，所述第一梁结构和所述第二梁结构在z方向上做挖空处理。5.如权利要求4所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一梁结构和所述第二梁结构中的梁均为z型梁；所述z型梁包括三根依次串联的直梁，位于中间的直梁与两端的直梁垂直。6.如权利要求5所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述第二梁结构中的z型梁的中部在其宽度方向做挖空处理。7.如权利要求1所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，所述定平台、所述一级动平台和所述二级动平台的制成材料均为7075al材质。8.如权利要求1所述的两自由度精密运动平台，其特征在于，两个所述第一杠杆之间的距离和所述第一杠杆的长度均不大于200mm。

技术总结

本实用新型提供一种两自由度精密运动平台，包括定平台沿Y方向延伸；一级动平台呈沿X方向和Y方向延伸的框式结构，设定平台一侧，二级动平台设于一级动平台内；第一杠杆放大机构和第二杠杆放大机构分别包括两个沿Y方向间隔并行设置且沿X方向延伸的第一和第二杠杆，第一杠杆分设定平台两侧；第二杠杆设二级动平台内；一个压电陶瓷与第一杠杆连接，另一压电陶瓷与第二杠杆连接；平行导向机构设一级动平台与第一杠杆之间；第一梁结构设于一级动平台的两侧，连接一级动平台和两个第一杠杆；第二梁结构设于二级动平台的两侧，连接二级动平台和两个第二杠杆；第一梁结构的宽度方向沿Z方向延伸、第二梁结构的宽度方向沿X轴延伸设置。第二梁结构的宽度方向沿X轴延伸设置。第二梁结构的宽度方向沿X轴延伸设置。