[01720505]冗余解耦微定位装置关键技术

随着设备微型化、微芯片高度集成化、操作精密化等趋势日益明显，微/纳米定位技术已经成为对国民经济具有重大影响的一项关键技术，也一直是各个发达国家的科研机构、高等院校和大型企业研究的重点。国家自然科学基金委还专门设立了“纳米制造的基础研究”重大研究计划。针对传统的微纳定位装置工作空间小、整体驱动系统结构复杂、体积大、造价高、无法小型化的问题，该项目采用冗余解耦微定位技术来解决这些问题。这项研究可使微定位平台具有更大工作空间、更高的终端精度、更好的灵活性能、更高的频率响应以及更低的制造成本等。该项技术在微机电系统、纳米技术、超精密加工、微外科手术、生物细胞操作、精密设备微定位、激光腔调谐、光学调整、摄影及摄像器材快门控制、光纤熔接机等领域有着广泛的应用。该项目围绕结构冗余解耦柔性并联机构实现高精度微定位与微操作技术对微定位平台进行了相关研究，主要创新点如下：(1)发明了新型多功能微驱动接口模块(国家发明专利授权号：ZL200610170998.5)和具有冗余支链的新型微定位平台(国家发明专利授权号：ZL200710114743.1)，形成了大行程微定位技术，达到了保证高精度运动的同时有效的增大运动的输出范围，大大提高运动精度的目的，解决了非冗余机构中的悬臂梁结构，承载刚度和抗弯刚度差的问题。(2)发明了三平动正交解耦并联微动平台(国家发明专利授权号：ZL200610170999.X)和三维移动解耦微操作机器人平台(国家发明专利授权号：ZL200910231546.7)，形成了解耦微定位技术，达到了大大增强微动平台的刚度和承载能力及控制算法简单、动态特性好目的，解决了微定位技术无法实现高承载力下精密加工与定位的问题。(3)发明了三维平动和三维转动相互转换装置(国家发明专利授权号：ZL200710114741.2)和六维位置姿态传感器(国家发明专利授权号：ZL200710114742.7)，形成了位姿转换和检测技术，达到了利用微直线驱动转换成微转动并进行检测的目的，解决了多维微定位转换与检测的问题。围绕冗余解耦微定位装置关键技术共授权发明专利6项，实用新型专利2项，正在受理发明专利5项；发表三大检索论文12篇。项目研制的二自由度大行程微定位平台及压电陶瓷控制系统，实现了最大定位范围105μm×105μm，分辨率5nm。创新的解耦控制方法，使微动平台具有良好的各向同性度和解耦特性。冗余解耦微定位技术已应用于医用电子直线加速器中，以全方位满足立体定向精确放射治疗的需要，使得定位更加简便、精确，适应了精确放疗的需要，提高了国产医用加速器技术水平，对该行业的发展起到了推动作用。该项技术创新应用后经济效益和社会效益显著。