二维纳米伺服平台及采用光栅的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种二维纳米伺服平台，所述二维纳米伺服平台包括：基座；终端平台；X向和Y向驱动器；分别与X向驱动器和Y向驱动器相连的第一X向和第一Y向刚性连接件；第一Y向和第一X向柔性解耦件；第一和第二X向柔性导向件，第一Y向柔性解耦件与第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于第一X向柔性导向件与第二X向柔性导向件之间；第一和第二Y向柔性导向件，第一X向柔性解耦件与第一Y向刚性连接件的连接处在Y向上位于第一Y向柔性导向件与第二Y向柔性导向件之间；以及X向光栅和Y向光栅。所述二维纳米伺服平台可以极大地降低双轴耦合度，从而具有运动精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低耦合二维纳米伺服平台。
技术介绍
现有的设计平台存在双轴之间耦合度高，因而在终端平台的平面运动过程中，中间连接件(次级平台)的转动较为明显，导致运动精度降低并且无法用低成本的光栅来进行测量。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识作出的：二维纳米伺服平台的结构设计需要同测量相结合考虑。而现有的大行程精密运动平台的结构设计未与测量相结合考虑。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种具有双轴耦合度低、运动精度高的优点的二维纳米伺服平台。本专利技术还提出一种采用光栅的测量方法，所述采用光栅的测量方法用于测量所述二维纳米伺服平台的终端平台的平面位移。根据本专利技术第一方面实施例的二维纳米伺服平台包括：基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；X向驱动器和Y向驱动器；第一X向刚性连接件和第一Y向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸且与所述X向驱动器相连，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述第一X向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连，其中所述第一Y向柔性解耦件与所述第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于所述第一X向柔性导向件与所述第二X向柔性导向件之间；第一Y向柔性导向件和第二Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件与所述第一Y向刚性连接件的连接处在Y向上位于所述第一Y向柔性导向件与所述第二Y向柔性导向件之间；以及用于测量所述第一X向刚性连接件在X向上的位移的X向光栅和用于测量所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移的Y向光栅。根据本专利技术实施例的二维纳米伺服平台可以极大地降低双轴耦合度，使终端平台的运动精度有了质的飞跃，以便于测量终端平台的平面位移。因此，根据本专利技术实施例的二维纳米伺服平台具有运动精度高等优点。根据本专利技术的一个实施例，所述X向光栅包括设在所述第一X向刚性连接件的上表面上的X向光栅尺以及用于测量所述X向光栅尺在X向上的位移的X向光栅传感器，所述Y向光栅包括设在所述第一Y向刚性连接件的上表面上的Y向光栅尺以及用于测量所述Y向光栅尺在Y向上的位移的Y向光栅传感器。根据本专利技术第二方面实施例的二维纳米伺服平台的采用光栅的测量方法包括以下步骤：A)利用所述X向光栅测量所述第一X向刚性连接件在X向上的位移，利用所述Y向光栅测量所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移；和B)根据所述第一X向刚性连接件在X向上的位移和所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移，计算得到所述终端平台的平面位移。根据本专利技术实施例的采用光栅的测量方法步骤简单，可以方便地、容易地、精确地测量出终端平台的平面位移，且无需使用昂贵、复杂的测量仪器，也无需对测量结构进行繁复的补偿。根据本专利技术的一个实施例，所述采用光栅的测量方法进一步包括：利用所述第一X向刚性连接件在X向上的位移减去所述第一X向刚性连接件的X向寄生运动以便得到所述终端平台在X向上的位移，利用所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移减去所述第一Y向刚性连接件的Y向寄生运动以便得到所述终端平台在Y向上的位移，利用所述终端平台在X向和Y向上的位移得到所述终端平台的平面位移，其中所述第一X向刚性连接件的X向寄生运动与所述终端平台的Y向位移满足多项式的关系，所述第一Y向刚性连接件的Y向寄生运动与所述终端平台的X向位移满足多项式的关系。根据本专利技术第三方面实施例的二维纳米伺服平台包括：基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；X向驱动器和Y向驱动器；第一X向刚性连接件和第一Y向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸且与所述X向驱动器相连，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述第一X向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连，其中所述第一Y向柔性解耦件与所述第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于所述第一X向柔性导向件与所述第二X向柔性导向件之间；以及第一Y向柔性导向件和第二Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件与所述第一Y向刚性连接件的连接处在Y向上位于所述第一Y向柔性导向件与所述第二Y向柔性导向件之间。根据本专利技术实施例的二维纳米伺服平台可以极大地降低双轴耦合度，使终端平台的运动精度有了质的飞跃，以便于测量终端平台的平面位移。因此，根据本专利技术实施例的二维纳米伺服平台具有运动精度高等优点。根据本专利技术的一个实施例，所述第一X向柔性导向件和所述第一Y向柔性导向件中的至少一个位于所述第一Y向柔性解耦件和所述第一X向柔性解耦件中的相应的至少一个的下方且在上下方向上相对，优选地，所述第一X向刚性连接件和所述第一Y向刚性连接件中的每一个均包括交叉设置的X向部和Y向部，其中所述第一Y向柔性解耦件的第一端与所述第一X向刚性连接件的Y向部相连且第二端与所述终端平台相连，所述第一X向柔性解耦件的第一端与所述第一Y向刚性连接件的X向部相连且第二端与所述终端平台相连。根据本专利技术的一个实施例，所述二维纳米伺服平台进一步包括：第二X向刚性连接件和第二Y向刚性连接件，所述第二X向刚性连接件沿X向延伸，所述第二Y向刚性连接件沿Y向延伸；第二Y向柔性解耦件和第二X向柔性解耦件，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维纳米伺服平台，其特征在于，包括：基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；X向驱动器和Y向驱动器；第一X向刚性连接件和第一Y向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸且与所述X向驱动器相连，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述第一X向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连，其中所述第一Y向柔性解耦件与所述第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于所述第一X向柔性导向件与所述第二X向柔性导向件之间；第一Y向柔性导向件和第二Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件与所述第一Y向刚性连接件的连接处在Y向上位于所述第一Y向柔性导向件与所述第二Y向柔性导向件之间；以及用于测量所述第一X向刚性连接件在X向上的位移的X向光栅和用于测量所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移的Y向光栅。...

【技术特征摘要】
1.一种二维纳米伺服平台，其特征在于，包括：
基座；
终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；
X向驱动器和Y向驱动器；
第一X向刚性连接件和第一Y向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸且
与所述X向驱动器相连，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；
第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且
分别与所述终端平台和所述第一X向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延
伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；
第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二X
向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件
中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连，其中所述第一
Y向柔性解耦件与所述第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于所述第一X向柔性导向
件与所述第二X向柔性导向件之间；
第一Y向柔性导向件和第二Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y
向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件
中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一Y向刚性连接件相连，所述第一X向
柔性解耦件与所述第一Y向刚性连接件的连接处在Y向上位于所述第一Y向柔性导向件与
所述第二Y向柔性导向件之间；以及
用于测量所述第一X向刚性连接件在X向上的位移的X向光栅和用于测量所述第一Y
向刚性连接件在Y向上的位移的Y向光栅。
2.根据权利要求1所述的二维纳米伺服平台，其特征在于，所述X向光栅包括设在所
述第一X向刚性连接件的上表面上的X向光栅尺以及用于测量所述X向光栅尺在X向上的
位移的X向光栅传感器，所述Y向光栅包括设在所述第一Y向刚性连接件的上表面上的Y
向光栅尺以及用于测量所述Y向光栅尺在Y向上的位移的Y向光栅传感器。
3.一种根据权利要求1或2所述的二维纳米伺服平台的采用光栅的测量方法，其特征
在于，包括以下步骤：
A)利用所述X向光栅测量所述第一X向刚性连接件在X向上的位移，利用所述Y向光
栅测量所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移；和
B)根据所述第一X向刚性连接件在X向上的位移和所述第一Y向刚性连接件在Y向上
的位移，计算得到所述终端平台的平面位移。
4.根据权利要求3所述的采用光栅的测量方法，其特征在于，进一步包括：利用所述
第一X向刚性连接件在X向上的位移减去所述第一X向刚性连接件的X向寄生运动以便得
到所述终端平台在X向上的位移，利用所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移减去所述
第一Y向刚性连接件的Y向寄生运动以便得到所述终端平台在Y向上的位移，利用所述终
端平台在X向和Y向上的位移得到所述终端平台的平面位移，其中所述第一X向刚性连接
件的X向寄生运动与所述终端平台的Y向位移满足多项式的关系，所述第一Y向刚性连接
件的Y向寄生运动与所述终端平台的X向位移满足多项式的关系。
5.一种二维纳米伺服平台，其特征在于，包括：
基座；
终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；
X向驱动器和Y向驱动器；
第一X向刚性连接件和第一Y向刚性连接件，所述第一X向刚性连接件沿X向延伸且
与所述X向驱动器相连，所述第一Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；
第一Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一Y向柔性解耦件沿X向延伸且
分别与所述终端平台和所述第一X向刚性连接件相连，所述第一X向柔性解耦件沿Y向延
伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；
第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二X
向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件
中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连，其中所述第一
Y向柔性解耦件与所述第一X向刚性连接件的连接处在X向上位于所述第一X向柔性导向
件与所述第二X向柔性导向件之间；以及
第一Y向柔性导向件和第二Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y
向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件
中的每一个沿X向延...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，汪昌明，王鹏，闫鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11