基于二級杠桿機構(gòu)的二自由度微定位平臺設(shè)計與分析

李 玄，周雙武，路 松，丁冰曉

（1.吉首大學(xué)物理與機電工程學(xué)院，湖南吉首416000；2.澳門大學(xué)科技學(xué)院，澳門999078）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，針對微機電技術(shù)、微加工與制造技術(shù)、微操作技術(shù)和微裝配技術(shù)等的研究不斷深入，現(xiàn)已進入微米級、量子級時代［1］。在光纖對接、激光加工以及微電機系統(tǒng)開發(fā)等領(lǐng)域均需要使用高精度微定位平臺［2-5］。微定位平臺是微定位系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，主要由驅(qū)動部分和機械傳動部分組成，其定位精度直接決定了微定位系統(tǒng)的精度［6］。目前，微定位系統(tǒng)主要有壓電工作臺型、電熱微驅(qū)動工作臺型以及電磁驅(qū)動工作臺型等。其中，壓電陶瓷驅(qū)動器因具有分辨率高、驅(qū)動力大和動態(tài)特性好等優(yōu)點，成為了微定位領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的驅(qū)動元件［7］。但是，壓電陶瓷驅(qū)動器的行程較小且往往伴隨多余的寄生運動，導(dǎo)致其驅(qū)動的微定位平臺在工程上的應(yīng)用受限。

為了解決這一問題，需借助放大機構(gòu)來補償壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出位移［8］，以擴大微定位平臺的工作空間。常采用的放大機構(gòu)有橋式放大機構(gòu)、Scoot-Russel機構(gòu)和杠桿機構(gòu)［9］。圍繞基于柔性結(jié)構(gòu)的放大機構(gòu)在微定位平臺中的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者做了很多研究［10-11］。例如：天津大學(xué)的李政設(shè)計了一種用音圈電機驅(qū)動的二自由度微定位平臺，其具有行程大、承載能力強、完全解耦等優(yōu)點［12］；西安電子科技大學(xué)的王子毅設(shè)計了一種柔順精密二自由度定位平臺，并通過有限元仿真分析得到了該平臺的固有頻率以及對應(yīng)振型［13］；……