專利名稱：一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械領域的微操作系統，具體為一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構。該微定位機構基于壓電陶瓷驅動，具有兩個自由度，可實現兩個直線平移動作，主要應用于壓印光刻領域。
背景技術：
納米壓印光刻技術是一種全新的納米圖形復制方法，其優勢十分明顯，具有強大競爭力，從根本上展示了納米器件生產的廣闊前景，在2003年底被國際半導體藍圖機構規劃為下一代32納米節點光刻工藝的關鍵技術。定位平臺或工作臺一直是傳統光刻系統的關鍵部分。現有的用于光刻系統的精密定位平臺多采用氣浮系統，由線性 步進電機驅動，如稽鈞生，X射線光刻機中應用的精密定位工作臺(航空精密制造技術，1998年34卷3期，10 12)中介紹的羅斯普拉納爾光刻機和朱煜等，光刻機超精密工作臺研究(電子工業專用設備，2004年109期，25 27)中介紹的國內第一套氣浮精密定位工作臺。滾珠式導軌和螺紋絲杠驅動機構結合形式的精密定位機構驅動速度難以達到光刻系統工作臺的速度要求，應用范圍受到限制。而采用步進電機通過摩擦機構驅動，由滾珠導軌帶動工作臺的精密定位系統，難以克服運動間歇、低速爬行和高速振動、機械穩定建立時間長、無法達到高的運動定位精度等弊病。Lee Deug Woo等,用于納米壓印光刻過程中的自動對準系統的研究(Lee Deug Woo, Lee Chae Moon, Chee DongHwan.A study on auto alignment system of Nanoimprint Lithography(NIL)process.Proceedings of thelst International Conference on Positioning TechnologyJapan:Hamamatsu, 2004.97 101)中介紹的半球式空氣軸承壓印機利用氣流閥控制壓力，通過半球形的空氣軸承實現承片臺的平行度調整，成本低、結構簡單，但調整精度有待提高。另外，采用壓電陶瓷與直線電機復合驅動方式的新型精密定位系統，雖然有效的提高了納米壓印裝備的定位精度、減小了系統穩定時間，但現有壓印設備中末端執行件的平行度調整均采用被動方式，即通過柔性材料在壓印過程中產生的彈性變形實現承片臺位姿的自適應調整，限制了壓印精度和質量的提高，例如B.J.Choi等，步進閃光壓印光刻定位平臺的設計，(B.J.Choi, S.V.Sreenivasan, S.Jonhson, M.Colburn, C.G.Wilson, Designof orientation stage for step and flash imprint lithography, Precision Engineering, 2001, 25(3): 192-199.)、Jae-Jong Lee 等，用于制備 IOOnm 線寬特征的納米壓印光刻設備的設計與分析(Jae-Jong Lee, Kee-Bong Choi, Gee-Hong Kim, Design andanalysis of the single-step nanoimprinting lithography equipment for sub-100nmlinewidth, Current Applied Physics2006, 6:1007 - 1011.)中就報道了此種類型的設備及相關技術。也有些研究者采用被動適應、主動找平及手工調整相結合的方式，如:范細秋等，寬范圍高對準精度納米壓印樣機的研制(中國機械工程，2005年，16卷增刊，64-67)、嚴樂等，冷壓印光刻工藝精密定位工作臺的研制(中國機械工程，2004年，15卷I期，75-78)中報道的此類精密定位工作臺設計；而另一些研究者則另辟新徑，比如，董曉文等，氣囊氣缸式紫外納米壓印系統的設計(半導體光電，2007年，28卷5期，676-684)中介紹的氣囊式柔性定位機構，基于氣體壓強控制可靠性和靈活性，可以方便的實現定位平臺的空間多自由度調整。除此之外，全球各大壓印光刻設備商業機構在納米壓印定位系統研制方面的發展也有目共睹。2008年，歐洲信息化技術研究委員會成功開發了第一代商用級紫外納米壓印光刻設備。同年10月，全球領先的納米壓印設備供應商SUSS宣布，其手動光刻機外加一個納米壓印組件，便可以對大面積圖形重復進行亞50納米的壓印。綜上所述，現有用于納米壓印光刻工藝的精密定位工作臺多采用自適應調整結構，即基于材料本身的彈性特性實現壓印過程中承載臺的位姿調整。自適應調整精密系統雖然結構簡單、緊湊和成本低廉，但其定位精度，尤其平行度的調整精度較低，限制了加工精度和質量的提高。而另外一些精密定位機構雖然引入了主動調整機構，但仍采用壓電陶瓷直接驅動方式，它只有部分自由度實現了主動的調整，并且該方法也受到補償壓印過程中平行度誤差的限制。因此，采用主動調整精密定位系統提高壓印過程中的定位精度，實現有效的平行度誤差補償是一項具有挑戰意義的新課題。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構。該定位機構基于壓電陶瓷驅動，具有二自由度，可實現兩個直線平移動作，并具有高精度、結構緊湊、無誤差積累、無機械摩擦和無間隙等特點。本發明解決所述技術問題的技術方案是:設計一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構，基于壓電陶瓷驅動，其特征在于該定位機構主要包括一個動平臺、四個柔性支鏈、兩個壓電陶瓷驅動器、一個剛性支撐架和一個底座；所述剛性支撐架為“田”字形結構，四個剛性邊的中線位置分別向內部延展出用于支撐中心位置處動平臺的剛性支撐梁，四個剛性邊的中線位置外側剛性連接圍繞在所述剛性支撐架外部的四個柔性支鏈；所述動平臺為正方形結構，設置在所述剛性支撐架的中心位置，動平臺的四個邊分別與所述的“田”字形剛性支撐架四個剛性邊中線位置向內部延展出的剛性支撐梁相連接；所 述柔性支鏈為矩形結構，四個柔性支鏈的結構完全相同，均勻分布于所述剛性支撐架的外側；所述四個柔性支鏈中的每一個柔性支鏈在所述剛性支撐架的四個頂角的外側位置通過螺栓剛性連接于所述底座上。每一個柔性支鏈均由內、外兩部分構成，內部為雙四桿柔性機構,外部為雙平行四邊形柔性機構，所述雙四桿柔性機構位于所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺所包圍區域的內部，所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺圍繞在所述雙四桿柔性機構的四周，其中所述雙四桿柔性機構由三個豎直梁和左右對稱的兩個橫梁結構組成，左側從上向下均勻分布兩個水平橫梁，右側從上向下均勻分布兩個水平橫梁，所述四個水平橫梁結構尺寸完全相同，在所述每個水平橫梁的左、右兩端分別分布一個水平設置的單自由度柔性鉸鏈，所述雙四桿柔性機構上共分布結構完全相同的八個水平設置的單自由度柔性鉸鏈；所述雙平行四邊形柔性機構由一個水平剛性橫梁和左右對稱的兩個豎直梁結構組成，所述水平剛性橫梁位于所述兩個豎直梁結構的下方，左側從左向右均勻分布兩個豎直梁，右側從左向右均勻分布兩個豎直梁，所述四個豎直梁結構尺寸完全相同，在所述每個豎直梁的上、下兩端分別分布一個豎直設置的單自由度柔性鉸鏈，所述雙平行四邊形柔性機構上共分布結構完全相同的八個豎直設置的單自由度柔性鉸鏈；所述雙四桿柔性機構包括從左向右分布的三個剛性豎梁，左剛性豎梁與中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個柔性橫梁，右剛性豎梁和中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個柔性橫梁，所述的中剛性豎梁位于所述雙四桿柔性機構的對稱線處，所述雙四桿柔性機構通過所述中剛性豎梁連接于所述剛性支撐架的剛性邊中線位置，所述雙四桿柔性機構通過所述左剛性豎梁和右剛性豎梁與所述雙平行四邊形柔性機構相連，所述雙四桿柔性機構為左右對稱結構，所述中剛性豎梁左右兩側的結構完全相同，所述左剛性豎梁與中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個柔性橫梁上均從左至右依次開有半圓凹槽，所述上柔性橫梁從左至右依次開有第一組半圓凹槽，第二組半圓凹槽，所述下柔性橫梁從左至右依次開有第三組半圓凹槽和第四組半圓凹槽，每一組的上、下兩個半圓凹槽對稱分布于柔性橫梁的上、下兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性橫梁的中線上下對稱分布；同樣道理，所述右剛性豎梁與中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個柔性橫梁上均從左至右依次開有半圓凹槽，所述上柔性橫梁從左至右依次開有第五組半圓凹槽，第六組半圓凹槽，所述下柔性橫梁從左至右依次開有第七組半圓凹槽和第八組半圓凹槽，每一組的上、下兩個半圓凹槽對稱分布于柔性橫梁的上、下兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性橫梁的中線上下對稱分布；所述雙平行四邊形柔性機構包括從左向右分布的第一柔性豎梁，第二柔性豎梁，第三柔性豎梁，第四柔性豎梁以及位于所述四個柔性豎梁下方的一個剛性橫梁，所述第一，第二柔性豎梁位于所述雙四桿柔性機構的左側，所述第三、第四柔性豎梁位于所述雙四桿柔性機構的右側，所述的位于所述雙四桿柔性機構左側的第一，第二柔性豎梁和所述的位于所述雙四桿柔性機構右側的第三、第四柔性豎梁也是關于所述雙四桿柔性機構的中剛性豎梁左右對稱分布的，所述第一，第四柔性豎梁上部末端通過螺紋剛性連接于所述底座上，所述第二、第三柔性豎梁上部末端分別與所述雙四桿柔性機構的左剛性豎梁和右剛性豎梁連接，所述的四個柔性豎梁下部末端均連接于所述剛性橫梁上，所述四個柔性豎梁上均從上向下依次開有半圓凹槽，所述第一柔性豎梁從上至下依次開有第九組半圓凹槽，第十組半圓凹槽，所述第二柔性豎梁從上至下依次開有第十一組半圓凹槽，第十二組半圓凹槽，每一組的左、右兩個半圓凹槽對稱分布于柔性豎梁的左、右兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性豎梁的中線左右對稱分布；同樣道理，所述第三柔性豎梁從上至下依次開有第十三組半圓凹槽，第十四組半圓凹槽，所述第四柔性豎梁從上至下依次開有第 十五組半圓凹槽，第十六組半圓凹槽，每一組的左、右兩個半圓凹槽對稱分布于柔性豎梁的左、右兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性豎梁的中線左右對稱分布；分別在位于所述動平臺下方和左側的柔性支鏈上安裝所述壓電陶瓷驅動器，位于所述動平臺下方柔性支鏈上的壓電陶瓷驅動器水平放置，右側末端(工作端)頂在所述雙平行四邊形柔性機構的第一柔性豎梁上，位于所述動平臺左側柔性支鏈上的壓電陶瓷驅動器豎直放置，下部末端(工作端)頂在所述雙平行四邊形柔性機構的第一柔性豎梁上，所述兩個壓電陶瓷驅動器與所述雙平行四邊形柔性機構的第一柔性豎梁的接觸位置均為所述第一柔性豎梁外側端面中心位置，所述兩個壓電陶瓷驅動器的非工作端均通過螺紋連接剛性固連于所述的底座上；所述底座為正方形框架結構，中部鏤空，四個頂角附近沿著邊框有部分向上凸起的側壁結構，在所述四個頂角部分向著所述底座內部方向延伸四個塊狀突起，所述塊狀突起靠近所述底座邊框部分尺寸較寬，向著所述底座內部方向延伸部分尺寸較窄，在所述尺寸較窄部分開有螺紋通孔，另外，在所述頂角附近的凸起側壁中，位于上部左側位置的側壁上開有一個螺紋通孔，位于左側下方位置的側壁上開有一個螺紋通孔；安裝時，底座通過螺紋剛性固定于所述柔性支鏈的下方，其四個邊框架與四個柔性支鏈一一對應，且保證各邊緣中線與各柔性行支鏈對稱線對齊，所述兩個壓電陶瓷驅動器通過螺紋連接于所述底座側壁和所述雙平行四邊形柔性機構之間。與現有技術相比，本發明的柔性微定位機構具有如下優點:1.采用柔性并聯結構，具有高精度、結構緊湊、無誤差積累等優點。2.基于單自由度柔性鉸鏈的彈性變形，所產生的鉸鏈轉角變化及執行器末端工作空間均很微小，可以有效消除并聯機構固有的非線性等缺點。3.具有二自由度，可實現兩個直線平移動作，且分辨率高、動態響應速度快，可作為納米壓印光刻定位、微納操作系統的輔助定位平臺，采用壓電陶瓷驅動器推動驅動環節，可實現動平臺的主動調整、微量進給和精密定位。


圖1是本發明雙并聯平行解耦柔性微定位機構一種實施例的整體結構示意圖；圖2是本發明雙并聯平行解耦柔性微定位機構一種實施例的柔性體結構示意圖；圖3是本發明雙并聯平行解耦柔性微定位機構一種實施例的柔性支鏈結構示意圖；圖4是本發明雙并聯平行解耦柔性微定位機構一種實施例的剛性底座結構示意圖；圖5是本發明雙并聯平行解耦柔性微定位機構一種實施例圖2所示柔性體結構的剖面形狀結構示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖，對本發明技術方案做進一步詳細說明。本發明設計的雙并聯平行解耦柔性微定位機構(簡稱定位機構，參見圖1-5)，基于壓電陶瓷驅動，其特征在于，它包括一個動平臺、四個柔性支鏈、兩個壓電陶瓷驅動器、一個剛性支撐架和一個底座；所述動平臺位于剛性支撐架中心位置，剛性支撐架呈“田”字形結構，用于支撐四個柔性支鏈及其相連的動平臺；所述四個柔性支鏈為矩形設計，結構相同，并且均勻分布在剛性支撐架四個剛性邊的外側，每一個柔性支鏈均由內、外兩部分構成，內部為雙四桿柔性機構，外部為雙平行四邊形柔性機構，所述雙四桿柔性機構位于所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺所包圍區域的內部，所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺圍繞在所述雙四桿柔性機構的四周，其中所述雙四桿柔性機構由三個豎直梁和左右對稱的兩個橫梁結構組成，左側從上向下均勻分布兩個水平橫梁，右側從上向下均勻分布兩個水平橫梁，所述四個水平橫梁結構尺寸完全相同，在所述每個水平橫梁的左、右兩端分別分布一個水平設置的單自由度柔性鉸鏈，所述雙四桿柔性機構上共分布結構完全相同的八個水平設置的單自由度柔性鉸鏈， 所述雙平行四邊形柔性機構由一個水平剛性橫梁和左右對稱的兩個豎直梁結構組成，所述水平剛性橫梁位于所述兩個豎直梁結構的下方，左側從左向右均勻分布兩個豎直梁，右側從左向右均勻分布兩個豎直梁，所述四個豎直梁結構尺寸完全相同，在所述每個豎直梁的上、下兩端分別分布一個豎直設置的單自由度柔性鉸鏈，所述雙平行四邊形柔性機構上共分布結構完全相同的八個豎直設置的單自由度柔性鉸鏈，所述的單自由度柔性鉸鏈結構相同；所述兩個壓電陶瓷驅動器結構相同，一個水平放置，安裝在所述剛性支撐架下側的所述雙平行四邊形柔性機構的左側和所述底座頂角附近的側壁之間；另一個豎直放置，安裝在所述剛性支撐架左側的所述雙平行四邊形柔性機構上側和所述底座頂角附近的側壁之間；所述底座為正方形框架結構，中部鏤空，四個頂角附近沿著邊框有部分向上凸起的側壁結構，在所述四個頂角部分向著所述底座內部方向延伸四個塊狀突起，所述塊狀突起靠近所述底座邊框部分尺寸較寬，向著所述底座內部方向延伸部分尺寸較窄，在所述尺寸較窄部分開有螺紋通孔，另外，在所述頂角附近的凸起側壁中，位于上部左側位置的側壁上開有一個螺紋通孔，位于左側下方位置的側壁上開有一個螺紋通孔。具體說，本發明設計的定位機構，基于壓電陶瓷驅動，其特征在于該定位機構主要包括一個動平臺1、四個柔性支鏈2、兩個壓電陶瓷驅動器3和5、一個剛性支撐架4和一個底座6。所述剛性支撐架4為“田”字形結構(參見圖1、2、5)，四個剛性邊的中線位置分別向內部延展出剛性支撐梁，用于支撐中心位置處的動平臺1，四個剛性邊的中線位置外側剛性連接圍繞在所述剛性支撐架4外部的四個柔性支鏈2 ;所述動平臺I為正方形結構，設置在所述剛性支撐架4的中心位置，動平臺I的四個邊分別與所述的“田”字形剛性支撐架4四個剛性邊中線位置向內部延展出的剛性支撐梁相連接；所述柔性支鏈2為矩形結構，四個柔性支鏈2的結構完全相同，均勻分布于所述剛性支撐架4的外側；所述四個柔性支鏈2中的每一個柔性支鏈在所述剛性·支撐架4的四個頂角的外側位置通過四個螺柱8剛性連接于所述底座6上。每一個柔性支鏈2均由內、外兩部分構成，內部為雙四桿柔性機構25，外部為雙平行四邊形柔性機構26 (參見圖2和圖3);所述雙四桿柔性機構25包括從左向右分布的三個剛性豎梁，即左剛性豎梁271、中剛性豎梁272和右剛性豎梁273，左剛性豎梁271與中剛性豎梁272之間分布有上柔性橫梁274和下柔性橫梁275 ;同樣，右剛性豎梁273與中剛性豎梁272之間也分布有上、下兩個柔性橫梁276和277 ;所述的中剛性豎梁272位于所述雙四桿柔性機構25的對稱線處，所述雙四桿柔性機構25通過所述中剛性豎梁272連接于所述剛性支撐架4的剛性邊中線位置，所述雙四桿柔性機構25通過所述左剛性豎梁271和右剛性豎梁273與所述雙平行四邊形柔性機構26相連，所述雙四桿柔性機構25為左右對稱結構，所述中剛性豎梁272的左右兩側的結構完全相同，所述的上、下兩個柔性橫梁274和275上均從左至右依次開有半圓凹槽，所述上柔性橫梁274從左至右依次開有第一組半圓凹槽251和第二組半圓凹槽252，所述下柔性橫梁275從左至右依次開有第三組半圓凹槽253和第四組半圓凹槽254，每一組的上、下兩個半圓凹槽對稱分布于所述柔性橫梁的上、下兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀和結構一致，并相對于各自所在柔性橫梁的中線上下對稱分布；同樣道理，所述右剛性豎梁273與中剛性豎梁272之間從上向下分布的上、下兩個柔性橫梁276和277上均從左至右依次開有半圓凹槽，所述上柔性橫梁276從左至右依次開有第五組半圓凹槽255，第六組半圓凹槽256，所述下柔性橫梁277從左至右依次開有第七組半圓凹槽257和第八組半圓凹槽258，每一組的上、下兩個半圓凹槽對稱分布于柔性橫梁的上、下兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性橫梁的中線上下對稱分布；所述雙平行四邊形柔性機構26包括從左向右分布的第一柔性豎梁261，第二柔性豎梁262，第三柔性豎梁263，第四柔性豎梁264以及位于所述四個柔性豎梁下方的一個剛性橫梁265，所述第一，第二柔性豎梁261，262位于所述雙四桿柔性機構25的左側，所述第三、第四柔性豎梁263、264位于所述雙四桿柔性機構25的右側，所述第一，第二柔性豎梁261、262和所述第三、第四柔性豎梁263、264也是關于所述雙四桿柔性機構25的中剛性豎梁272左右對稱分布的，所述第一，第四柔性豎梁261、264上部末端通過螺紋剛性連接于所述底座6上，所述第二、第三柔性豎梁262、263上部末端分別與所述雙四桿柔性機構25的左剛性豎梁271和右剛性豎梁273連接，所述的四個柔性豎梁261、262、263、264下部末端均連接于所述剛性橫梁265上，所述四個柔性豎梁上均從上向下依次開有半圓凹槽，所述第一柔性豎梁261從上至下依次開有第九組半圓凹槽2611,第十組半圓凹槽2612，所述第二柔性豎梁262從上至下依次開有第i^一組半圓凹槽2621，第十二組半圓凹槽2622，每一組的左、右兩個半圓凹槽對稱分布于柔性豎梁的左、右兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性豎梁的中線左右對稱分布；同樣道理，所述第三柔性豎梁263從上至下依次開有第十三組半圓凹槽2631，第十四組半圓凹槽2632，所述第四柔性豎梁264從上至下依次開有第十五組半圓凹槽2641，第十六組半圓凹槽2642，每一組的左、右兩個半圓凹槽對稱分布于柔性豎梁的左、右兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性豎梁的中線左右對稱分布。本發明所述的兩個壓電陶瓷驅動器分別安裝在位于所述動平臺I下方和左側的柔性支鏈2的外側與所述的底座6之間，位于所述動平臺I下方柔性支鏈2上的下壓電陶瓷驅動器5水平放置，右側末端(工作端)頂在所述雙平行四邊形柔性機構26的第一柔性豎梁261上，位于所述動平臺I左側柔性支鏈2上的左壓電陶瓷驅動器3豎直放置，下部末端(工作端)頂在所述雙平行四邊形柔性機構26的第一柔性豎梁261上，所述兩個壓電陶瓷驅動器3與所述雙平行四邊形柔性機構26的第一柔性豎梁261的接觸位置均為所述第一柔性豎梁261外側端面的中心位置，所述左壓電陶瓷驅動器3和下壓電陶瓷驅動器5的非工作端分別通過兩個螺柱7剛性固連于所述的底座6上；所述底座6是一個中部鏤空的正方形框架結構(參見圖1和圖4)，正方形框架的四個頂角附近沿著邊框有部分向上凸起的側壁結構；在所述四個頂角部分向著所述底座內部方向延伸四個塊狀突起，所述塊狀突起靠近所述底座6邊框部分尺寸較寬，向著所述底座內部方向延伸部分的尺寸較窄，且在所述尺寸較窄部分上分別或各開有一個螺紋通孔，即螺紋通孔61、62、63和64 ;另外，在所述頂角附近的凸起側壁中，位于上部左側位置的側壁上開有一個螺紋通孔65，位于左側下方位置的凸起側壁上開有一個螺紋通孔66 ;安裝時，底座6通過四個螺柱8剛性固定于所述柔性支鏈2的下方，其四個邊框架與四個柔性支鏈2一一對應，且保證各邊緣中線與各柔性行支鏈2對稱線對齊。所述左壓電陶瓷驅動器3和下壓電陶瓷驅動器5通過兩個螺釘7連接于所述開有螺紋通孔65、66的底座6側壁和所述雙平行四邊形柔性機構26之間。 本發明定位機構的進一步特征是所述一個動平臺1、四個柔性支鏈2和一個剛性支撐架4及其連接采用整體加工方式一次性獲得(參見圖5)。這將有利于提高微定位機構本身的精度，并大幅降低加工成本。本發明定位機構的主要用途之一是作為納米壓印光刻設備的輔助定位平臺，實現納米壓印過程中的微量進給和精密定位。但并不排除本發明定位機構應用于有類似技術要求的其他定位系統中。本發明定位機構可實現X、y兩個平動自由度的主動調整。為了說明其工作方式，首先設定X軸，y軸位于水平面內，令動平臺I的中心為坐標系的原點，取平行于動平臺I的下方邊緣所在的方向為X軸方向，則沿垂直于該邊且過動平臺I中心的方向為y軸。本發明定位機構的工作過程如下:只驅動與X軸平行的水平放置的下壓電陶瓷驅動器5使其長度增加，而另一個左壓電陶瓷驅動器3不驅動，那么位于動平臺I上、下兩側的柔性支鏈2上的雙平行四邊形柔性結構26上八個單自由度柔性鉸鏈(即2611、2612、2621、2622、2631、2632、2641和2642)發生彈性變形，通過雙四桿柔性機構25的中剛性豎梁272帶動動平臺I實現沿X軸方向的平動，同時拖動位于動平臺I左、右兩側的柔性支鏈2上的雙四桿柔性結構25上八個單自由度柔性鉸鏈(即251、252、253、254、255、256、257和258)發生彈性變形。只驅動豎直放置的左壓電陶瓷驅動器3使其長度增加，而下壓電陶瓷驅動器5不驅動，那么位于動平臺I左、右兩側的柔性支鏈2上的雙平行四邊形柔性結構26上八個單自由度柔性鉸鏈(即2611、2612、2621、2622、2631、2632、2641和2642)發生彈性變形，通過雙四桿柔性機構25的中剛性豎梁272帶動動平臺I實現沿I軸方向的平動，同時拖動位于動平臺I上、下兩側的柔性支鏈2上的雙四桿柔性結構25上八個單自由度柔性鉸鏈(即251、252、253、254、255、256、257 和 258)發生彈性變形。本發明未述及之 處適用于現有技術。需要補充說明的是，本發明描述結構所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安裝方位詞是依據實施例附圖所示或習慣而言的，只具有相對性，或者僅是為了敘述方便，不代表該安裝位置的唯一性和必須性。
權利要求
1.一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構，基于壓電陶瓷驅動，其特征在于該定位機構主要包括一個動平臺、四個柔性支鏈、兩個壓電陶瓷驅動器、一個剛性支撐架和一個底座；所述剛性支撐架為“田”字形結構，四個剛性邊的中線位置分別向內部延展出用于支撐中心位置處動平臺的剛性支撐梁，四個剛性邊的中線位置外側剛性連接圍繞在所述剛性支撐架外部的四個柔性支鏈；所述動平臺為正方形結構，設置在所述剛性支撐架的中心位置，動平臺的四個邊分別與所述的“田”字形剛性支撐架四個剛性邊中線位置向內部延展出的剛性支撐梁相連接；所述柔性支鏈為矩形結構，四個柔性支鏈的結構完全相同，均勻分布于所述剛性支撐架的外側；所述四個柔性支鏈中的每一個柔性支鏈在所述剛性支撐架的四個頂角的外側位置剛性連接于所述底座上； 每一個柔性支鏈均由內、外兩部分構成，內部為雙四桿柔性機構,外部為雙平行四邊形柔性機構，所述雙四桿柔性機構位于所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺所包圍區域的內部，所述雙平行四邊形柔性機構和所述動平臺圍繞在所述雙四桿柔性機構的四周；其中，所述雙四桿柔性機構由三個剛性豎梁和左右對稱的兩組水平柔性橫梁結構組成，所述兩組水平柔性橫梁結構左右均為兩個水平柔性橫梁，從上向下均勻分布；所述四個水平柔性橫梁結構尺寸完全相同，在所述每個水平柔性橫梁的左、右兩端分別分布一個水平設置的單自由度柔性鉸鏈；所述雙四桿柔性機構的三個剛性豎梁從左向右分布，左側剛性梁和右側剛性豎梁與中剛性豎梁之間分別從上向下分布兩個水平柔性橫梁，所述的中剛性豎梁位于所述雙四桿柔性機構的對稱線處，所述雙四桿柔性機構通過所述中剛性豎梁連接于所述剛性支撐架的剛性邊中線位置，所述雙四桿柔性機構通過所述左剛性豎梁和右剛性豎梁與所述雙平行四邊形柔性機構相連，所述中剛性豎梁左右兩側的結構完全相同，所述左剛性豎梁與中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個水平柔性橫梁上均從左至右依次開有兩組半圓凹槽，每一組的上、下兩個半圓凹槽對稱分布于水平柔性橫梁的上、下兩端面上，所述的四組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在水平柔性橫梁的中線上下對稱分布；同樣，所述右剛性豎梁與中剛性豎梁之間從上向下分布的兩個水平柔性橫梁上均從左至右依次開有兩組半圓凹槽，其結構特點與左側部分相同； 所述雙平行四邊形柔性機構由一個水平剛性橫梁和左右對稱的兩組柔性豎梁結構組成，所述水平剛性橫梁位于所述兩組柔性豎梁結構的下方，所述兩組柔性豎梁為結構尺寸完全相同的四個柔性豎梁，所述四個柔性豎梁從左到右均勻分布在所述水平剛性橫梁左右兩側；所述每個柔性豎梁的上、下兩端分別分布一個結構完全相同豎直設置的單自由度柔性鉸鏈；所述雙平行四邊形柔性機構的兩組柔性豎梁分布在所述雙四桿柔性機構的兩側，關于所述雙四桿柔性機構的中剛性豎梁左右對稱分布，所述兩組四個柔性豎梁的第一，第四柔性豎梁上部末端通過螺紋剛性連接與所述底座上，所述第二、第三柔性豎梁上部末端分別與所述雙四桿柔性機構的左剛性豎梁和右剛性豎梁連接，所述的四個柔性豎梁下部末端均連接于所述水平剛性橫梁上，所述四個柔性豎梁上均從上向下依次開有兩組半圓凹槽，每一組的左、右兩個半圓凹槽對稱分布于柔性豎梁的左、右兩端面上，所述的八組半圓凹槽的凹槽形狀一致，并相對于各自所在柔性豎梁的中線左右對稱分布； 所述兩個壓電陶瓷驅動器分別安裝在所述動平臺下方的柔性支鏈上和左側的柔性支鏈上，位于動平臺下方柔性支鏈上的壓電陶瓷驅動器水平放置，右側工作端頂在所述雙平行四邊形柔性機構的 第一柔性豎梁上；位于所述動平臺左側柔性支鏈上的壓電陶瓷驅動器豎直放置，下部工作端頂在所述雙平行四邊形柔性機構的第一柔性豎梁上，所述兩個壓電陶瓷驅動器與所述雙平行四邊形柔性機構的第一柔性豎梁的接觸位置均為所述第一柔性豎梁外側端面中心位置，所述兩個壓電陶瓷驅動器的非工作端均通過螺紋連接剛性固連于所述的底座上； 所述底座為正方形框架結構，中部鏤空，四個頂角附近沿著邊框有部分向上凸起的側壁結構，在所述四個頂角部分向著所述底座內部方向延伸四個塊狀突起，所述塊狀突起靠近所述底座邊框部分尺寸較寬，向著所述底座內部方向延伸部分尺寸較窄，在所述尺寸較窄部分開有螺紋通孔，另外，在所述頂角附近的凸起側壁中，位于上部左側位置的側壁上開有一個螺紋通孔，位于左側下方位置的側壁上開有一個螺紋通孔；安裝時，底座通過螺紋剛性固定于所述柔性支鏈的下方，其四個邊框架與四個柔性支鏈一一對應，且保證各邊緣中線與各柔性行支 鏈對稱線對齊，所述兩個壓電陶瓷驅動器通過螺紋連接于所述底座側壁和所述雙平行四邊形柔性機構之間。
2.根據權利要求1所述的雙并聯平行解耦柔性微定位機構，其特征在于所述一個動平臺、四個柔性支鏈和一個剛性支撐架及其連接采用整體加工方式一次性獲得。
3.權利要求1所述的雙并聯平行解耦柔性微定位機構，用于做納米壓印光刻設備的輔助定位平臺。
全文摘要
本發明公開一種雙并聯平行解耦柔性微定位機構，基于壓電陶瓷驅動，其特征在于它包括一個動平臺、四個柔性支鏈、兩個壓電陶瓷驅動器、一個剛性支撐架和一個底座；用于支撐四個柔性支鏈和動平臺的剛性支撐架呈“田”字形結構，動平臺位于其中心，四個柔性支鏈為矩形設計均勻分布在剛性支撐架四個剛性邊的外側，每一個柔性支鏈均由內部的雙四桿柔性機構和外部的雙平行四邊形柔性機構兩部分構成；兩個壓電陶瓷驅動器結構相同，一個水平放置，另一個豎直放置；底座為正方形框架結構，中部鏤空，四個頂角附近有沿著邊框向上凸起的側壁結構，同時，底部向著底座內部方向延伸四個塊狀突起。
文檔編號G03F7/00GK103226287SQ201310147480
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者賈曉輝, 劉今越, 姜云峰, 李鐵軍 申請人:河北工業大學