[發(fā)明專利]三自由度一體化粘滑式直線定位裝置

有效

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• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102506785A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 榮偉彬;張世忠;王樂鋒;孫立寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01B21/02
• 分類號: G01B21/02;B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

技術領域

本發(fā)明涉及一種定位裝置。

背景技術

納米定位技術是納米操作技術的基礎，隨著納米技術的快速發(fā)展，越來越多的應用領域需要體積小且具有納米級定位精度和毫米級運動行程的多自由度定位裝置。目前這類定位裝置多數(shù)采用粘滑驅動方式，即利用物體接觸表面間的動靜摩擦力實現(xiàn)步進位移，當接觸表面間摩擦力為靜摩擦力時，兩物體不發(fā)生相對位移；當接觸表面間摩擦力為動摩擦力時，兩物體發(fā)生相對位移，通過控制物體間的相對速度，可實現(xiàn)摩擦力狀態(tài)的切換。當物體間相對速度周期變化時，摩擦力狀態(tài)隨之周期性變化，從而實現(xiàn)物體間連續(xù)的相對位移，通過控制制動元件的運動方式，可實現(xiàn)連續(xù)位移的方向和步長。但是，現(xiàn)有粘滑式多自由度直線定位裝置均由單自由度直線定位裝置組合而成，不僅體積大，而且裝配誤差對各位移方向間的垂直性也有較大影響，降低了其實際定位精度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有定位裝置存在的體積大、裝配誤差大和定位精度低的問題，進而提供一種三自由度一體化粘滑式直線定位裝置。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是：本發(fā)明的三自由度一體化粘滑式直線定位裝置包括承載蓋、驅動單元和基臺，所述的承載蓋包括承載板和與驅動單元相配合的蓋套，蓋套固接在承載板的板面上，所述的驅動單元包括第一壓塊、第二壓塊、彈性驅動座、壓電陶瓷驅動器、導向柱、觸足、位移板、預緊壓板和多個滾珠，所述的彈性驅動座為具有一個方形空腔的驅動座，第一壓塊和第二壓塊均設置在彈性驅動座的上彈性板的上方，第二壓塊和第一壓塊之間夾持有導向柱且第二壓塊和第一壓塊可拆卸連接，導向柱的下端面與彈性驅動座的上彈性板的上端面連接，彈性驅動座的方形空腔內沿導向柱的軸向由上至下依次設有壓電陶瓷驅動器、觸足、位移板和預緊壓板，壓電陶瓷驅動器的上端面與彈性驅動座的上彈性板的下端面連接，壓電陶瓷驅動器的下端面與觸足的上端面連接，觸足的下端面與位移板的上端面連接，預緊壓板的上端面上設有多個盲孔，每個盲孔內設有一個滾珠，位移板的下端面與多個滾珠的外端面滑動接觸，預緊壓板的下端面與彈性驅動座的下彈性板的上端面連接，位移板的長度方向的兩端設置在彈性驅動座的方形空腔的外部且分別與基臺可拆卸連接，下彈性板的下部設有一個第二空腔，承載蓋與第二壓塊可拆卸連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的三自由度一體化粘滑式直線定位裝置具有結構緊湊，體積小，裝配誤差小，定位精度高的優(yōu)點。

本發(fā)明的彈性驅動座為整體加工的彈性結構，其上彈性板傳遞壓電陶瓷驅動器豎直方向的位移輸出，實現(xiàn)動平臺的豎直運動。位移板被預緊壓板緊壓在壓電陶瓷驅動器另一端面，當壓電陶瓷驅動器輸出預定時序平面位移時，驅動單元相對位移板做平面位移運動。

本發(fā)明將具有三軸(X軸、Y軸和Z軸)的壓電陶瓷驅動器集成到一個驅動單元內實現(xiàn)三自由度定位運動，既使結構更為緊湊，又避免了三個定位裝置裝配帶來的誤差。本發(fā)明采用的壓電陶瓷驅動器，具有高位移輸出分辨率(亞納米級)、高頻響(可達幾十kHz)、高可靠性、體積小、輸出力大等優(yōu)點，可實現(xiàn)(X軸、Y軸和Z軸)三個自由度的直線位移輸出。本發(fā)明的壓電陶瓷驅動器被機械固定于驅動單元內，該方式可以有效保護壓電陶瓷驅動器不被外力損壞，同時也消除了因沖擊和震動引起的三個位移軸的旋轉和側向位移，驅動座上端的導向柱通過兩個壓塊的夾持定位，可使兩壓塊同步上下運動，避免壓塊發(fā)生微小旋轉位移從而改變摩擦力狀態(tài)參數(shù)，有效保證了導向柱上摩擦力的均勻性，預緊壓板上裝有多個滾珠，其在實現(xiàn)平面導向作用的同時最大限度地減小位移板運動時的摩擦阻力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結構立體圖，圖2是圖1的分解圖，圖3是驅動單元的整體結構主視圖，圖4是第一壓塊和第二壓塊連接結構俯視圖，圖5是預緊壓板的俯視圖，圖6是承載蓋的整體結構主視圖，圖7是圖6的仰視圖，圖8是基臺的整體結構主視圖，圖9是圖8的俯視圖。

具體實施方式