微纳运动系统的优化设计要求

依据宏微复合微纳运动叠加原理可知，工作台的运动是宏动和微动的叠加。微动平台既是宏动平台的输出对象，又是微动致动器的承载体和末端输出环节，它的输出精度决定了整个系统的输出精度。因此，微纳运动系统的设计，不仅要满足宏动工作台全行程误差的补偿要求，而且要达到刚度和固有频率的要求。其主要的性能设计要求如下。

（1）微动系统的有限行程和动态响应能够满足补偿宏动平台运动误差大小的要求。

（2）微动工作台的刚度应远远小于微动致动器的刚度，保证驱动的有效性。

（3）微动工作台的固有频率应远远大于微动致动器的响应频率，保证整个系统能够实时输出补偿位移。

（4）微动工作台应具有较高的几何精度、高稳定性。

（5）微动平台的传动导向机构应保证无机械摩擦、无间隙，具有较高的位移分辨率、定位精度和重复精度，易于控制。(www.xing528.com)

（6）微动致动器、传动导向机构和微动工作台应采取一体化设计，共同构成微纳运动系统。

弹性铰链作为一种新型传动机构，具有无机械摩擦、无黏滞、无间隙、运动灵敏度高、响应快速、负载能力强、抗冲击性能好、加工简单方便等特点，特别适合用作精密定位领域的传动机构。对称布置的弹性铰链可以作为导向机构使用，具有结构紧凑、无部件摩擦、运动精度高、无须润滑、体积小等特点，只要弹性铰链加工精度能够在一定的设计允差范围内，就能保证足够高的传动精确度和稳定度。也正是基于这些优点，弹性铰链作为微动系统导向和传动放大机构，近年来被广泛用于精密机械、精密测量、调整机构、纳米技术等方面。

对于二维微动平台，弹性铰链作为微驱动平台的基本组成部分，可以采用串联的双平行四杆机构的组合方式，即X方向的运动模块内置于Y方向的运动模块中，分别用嵌套在平台上的两个压电陶瓷驱动器驱动，两个方向均是双平行四杆对称结构，以保证每个模块在驱动器的作用下产生一个方向的平动，克服了单一平行柔性铰链结构产生交叉耦合位移的缺点，从而实现了二维运动，可以避免装配造成的间隙误差，且输出精度高，稳定性较好，定位精度较高，结构也紧凑。

总之，弹性铰链是微纳运动系统致动器的载体和致动位移量的放大器，是微动平台传动的重要构件。因此，根据实际应用要求，应对其材料选择和结构设计、计算及动静态性能分析等予以足够重视并尽量做到最优，其中动静态性能分析包括对刚度、应力、工作频率、位移特性等的分析，详见国内外有关研究成果报道。