(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210915631.0 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 陈忠　邱钰莨　石俊杰　钟喜能　 张宪民　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 王东东 (51)Int.Cl. F16F 15/02(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12N 15/89(2006.01) (54)发明名称 一种超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机 构及方法 (57)摘要 本发明公开了一种超结构强模态阻尼XY平 面解耦柔顺机构及方法， 包括一个二维柔顺导向 机构、 两个压电陶瓷作动器和一个局部谐振超结 构模组。 所述二维柔顺导向机构由两个桥式放大 机构、 四个对称导向机构和两对复合导向机构组 成； 所述压电陶瓷作动器安装于桥式放大机构 中， 用于驱动平台运动； 所述局部谐振超结构模 组由超结构单元依个安装于外支架中组成， 安装 于二维柔顺机构中央。 本发明通过内嵌超结构实 现了高带宽的微纳定位平台， 有效地增强了结构 的低阶模态阻尼， 提高了整体的控制带宽， 结构 简单、 制造成本低廉， 可作为高速扫描的载物平 台使用。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115467926 A 2022.12.13 CN 115467926 A 1.一种超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 包括： 二维柔顺导向机 构、 压电陶瓷作动器、 中间载物台、 局部谐振 超结构模组及控制器； 所述二维柔顺导向机构包括桥式放大机构、 对称导向机构、 复合导向机构及中间载物 台； 所述桥式放大机构为两个， 其输入端与压电陶瓷作动器输出端连接， 用于放大压电陶 瓷作动器的输出位移， 桥式放大机构的输出端与对称导向机构连接； 所述对称导向机构为四个， 关于中间载物台对称设置； 所述复合 导向机构， 设置在对称导向机构与中间载物台之间； 所述中间载物台为空腔结构， 用于设置局部谐振 超结构模组及承载待测样品。 2.根据权利要求1所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 所述复 合导向机构为四个， 均由两个直梁及一个波纹周期梁构成， 其中波纹周期梁设置在两个直 梁之间。 3.根据权利要求1所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 所述局 部谐振超结构模组包括九个超结构单元， 所述九个超结构单元设置在九宫格外支架上， 所 述九宫格外支 架设置在中间载物台的空腔内。 4.根据权利要求3所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 所述超 结构单元由均质硅胶 层包覆不同质量的铅珠而成， 采用二次浇灌成型。 5.根据权利要求4所述的超结构模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 所述九个 超结构单 元包括直径4mm铅球一个， 直径5m m铅球两个及直径6m m铅球六个。 6.根据权利要求5所述的超结构模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 所述4mm 铅球位于九宫格的中央位置， 两个5mm铅球分别位于4mm铅球的上方及一侧， 其余位置设置 6mm铅球。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在 于， 所述对称导向机构为对称 式圆弧缺口型导向机构， 用于降低平台两个运动自由度间的 耦合及横向振动。 8.根据权利要求1 ‑6任一项所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在 于， 所述桥式放大机构为圆弧缺口型桥式放大机构。 9.根据权利要求1所述的超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 其特征在于， 压电陶 瓷作动器根据控制器控制的输入信号驱动连接的桥式放大机构产生运动， 经过对称导向机 构和复合 导向机构的运动传递， 进一 步使得中间载物台产生相应信号的扫描运动。 10.一种基于权利要求1 ‑9任一项所述的超结构模态阻尼XY平面解耦柔顺机构的方法， 其特征在于， 当平台受到低频率振动时， 超结构单元中的铅球在硅胶中有阻尼振动而吸收 能量， 使柔 顺平台所受振动能量降低， 而达 到提高平台控制带宽的效果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115467926 A 2一种超结构强模 态阻尼XY平面解耦柔顺机构及方 法 技术领域 [0001]本发明涉及纳 米精密定位领域， 特别涉及一种超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺 机构及方法。 背景技术 [0002]纳米精密定位平台是具有纳米级别精度的运动、 定位与操纵平台， 作为纳米制造 装备的核心模块， 在生物制造、 纳米测量、 半导体制造以及纳米加工等精密工程运用中扮演 着越来越重要的角色， 正受到广泛的关注。 柔顺机构是纳米定位平台的主体构件， 其中压电 驱动式柔顺机构因具有推动力大、 响应迅速以及定位精度高等优点而得到广泛应用。 一些 实际的应用场景包括作为原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)的载物台； 作为在 多 目视觉下进行细胞或早期胚胎操作的显微注射器； 用于高精度微切削加工 设备上控制 刀具 的精密运动； 用于对微纳米级对 象实施灵巧操作的微夹钳精准定位； 以及应用于具有超高 分辨率和高保真度的纳米压印光刻。 [0003]在上述应用中， 对纳米定位平台提出的共同要求是运动范围大、 运行速度快以及 定位精度高， 而实现这些目标则需由纳米定位平台中柔顺机构的动力学特性及运动控制带 宽予以保证。 由于柔顺机构的运动控制带宽受其动力学特征如一阶固有频率与模态阻尼等 的直接影响， 且压电驱动柔顺机构常表现为低阻尼特征， 导致其最大闭环控制带宽一般不 超过其一阶固有频率的2％。 目前国内外已经有不少学者展开研究， 但许多研究仅针对如何 补偿压电陶瓷的迟滞展开工作而忽略了增强机构阻尼的重要性， 或在补偿迟滞的基础上采 用较为复杂的主动阻尼控制器 以增强机构阻尼， 而很少引入被动阻尼进行机构的阻尼增 强。 [0004]因此针对上述问题， 有必要设计一种兼顾高带宽和大行程的二维并联微纳定位平 台。 发明内容 [0005]为了克服现有技术二维空间并联微纳定位平台存在的扫描速度慢和扫描精度低 的缺点与不足， 本发明的目的在于提供一种超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构及方 法。 [0006]本发明在保持刚性构件具有合理刚性的前提下， 通过在 二维柔顺导向机构中内嵌 超结构单元来增加其模态阻尼。 该平台能够实现原子力显微镜检测待测样品表面结构时所 需的高速高精度扫描运动。 [0007]本发明的目的通过以下技 术方案实现： [0008]一种超结构强模态阻尼XY平面解耦柔顺机构， 包括： 二维柔顺导向机构、 两个压电 陶瓷作动器、 局部谐振 超结构模组及控制器； [0009]所述二维柔顺导向机构包括桥式放大机构、 对称导向机构、 复合导向机构及中间 载物台；说　明　书 1/4 页 3 CN 115467926 A 3