[實用新型]平面三自由度壓電驅(qū)動平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420147374.1
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN204099842U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張泉;章洪軒;季瑞南;金家楣;王亮
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F16M11/06
• 分類號: F16M11/06;F16M11/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種驅(qū)動定位裝置，具體是一種平面三自由度壓電驅(qū)動平臺。

背景技術(shù)

目前，鉸鏈間隙誤差是導(dǎo)致平面運動平臺定位精度低的主要原因，因此平臺很難達(dá)到納米級定位要求。雖然通過采用柔性鉸鏈的柔順機構(gòu)能在一定程度上減小鉸鏈間的間隙誤差問題，但是受柔性鉸鏈有限的柔性變形限制，導(dǎo)致定位平臺的工作空間?。ㄒ话阒荒軐崿F(xiàn)微米級的工作空間）。因此針對上述的兩個技術(shù)問題，本實用新型利用壓電疊堆的精密驅(qū)動輸出，并配合位移放大機構(gòu)，實現(xiàn)了非軸對稱結(jié)構(gòu)體上行波的傳動，從而提出了一種平面三自由度大行程、高精度的壓電驅(qū)動平臺。采用本專利實用新型的壓電驅(qū)動平臺不僅能實現(xiàn)三個自由度的運動，同時也避免了傳統(tǒng)傳動機構(gòu)引入的鉸鏈間隙誤差，以及由于柔性鉸鏈的小變形帶來的工作空間小的問題。此外，通過調(diào)節(jié)彈性板的厚度來調(diào)整運動平臺的分辨率，可以實現(xiàn)對不同精度的定位要求。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題，是針對前述背景技術(shù)的缺陷和不足，設(shè)計一種平面三自由度壓電驅(qū)動平臺，實現(xiàn)平面三自由度大行程、高精度的定位要求。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種平面三自由度壓電驅(qū)動平臺，包括功能平臺和彈性板，還包括安裝于功能平臺和彈性板之間的壓電驅(qū)動器，還包括位于彈性板下方并與彈性板下表面直接接觸的靜平；

上述壓電驅(qū)動器由4n個壓電驅(qū)動模塊組成，其中n大于或等于4，每個壓電驅(qū)動模塊均包括一個位移放大機構(gòu)，位移放大機構(gòu)的兩側(cè)各具有1個壓電疊堆、1個預(yù)緊螺栓、1個連接板；其中所述連接板上部固連于功能平臺（5）下方，所述預(yù)緊螺栓安裝于所述連接板下部，所述壓電疊堆通過預(yù)緊螺栓壓緊在位移放大機構(gòu)側(cè)面；

4n(n≥4)個壓電驅(qū)動模塊呈正方形均勻排列方式安裝于功能平臺和彈性板之間,即每條正方形邊安裝有n+1個壓電驅(qū)動模塊。

上述4n個壓電驅(qū)動模塊安裝方向保持一致。

在彈性板平面上按壓電驅(qū)動模塊所呈的正方形排列方式設(shè)置XOY坐標(biāo)系，其中X方向與正方形第一邊平行，Y方向與正方形第二邊平行；

對上述的正方形任意一條邊上排列的n+1個壓電驅(qū)動模塊分別施加驅(qū)動信號，其中施加在任一條邊上的n+1個壓電驅(qū)動模塊的交流信號依次增加或減少90°的相位差，將形成一條沿著此邊方向行進的行波；

若僅對XOY平面上的兩條對邊上的壓電驅(qū)動模塊施加上述交流信號，當(dāng)兩條對邊上分別形成的行波具有相同的行進方向時，平臺能實現(xiàn)沿該方向且運動方向與行波行進方向相同的平移運動；

若僅對XOY平面上的兩條對邊上的壓電驅(qū)動模塊施加上述交流信號，且兩條對邊上分別形成的行波具有相反的行進方向時，平臺實現(xiàn)XOY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動；

若當(dāng)對XOY平面上的四條對邊上的壓電驅(qū)動模塊均施加上述交流信號，當(dāng)四條邊上形成的行波具有繞某一軸旋轉(zhuǎn)的方向，平臺實現(xiàn)XOY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動。

由于行波在所述彈性板上傳播，從而迫使彈性板表面上的質(zhì)點做橢圓運動，通過調(diào)整彈性板的厚度，以改變彈性板上表面質(zhì)點的橫向位移，從而調(diào)整平面三自由度壓電驅(qū)動平臺的位移分辨率。

本實用新型公開的平面三自由度壓電驅(qū)動平臺，利用壓電疊堆產(chǎn)生大的靜變形特點以及位移放大機構(gòu)的放大作用從而使壓電驅(qū)動模塊產(chǎn)生有效的伸縮變形，同時通過對壓電驅(qū)動模塊的合理布置，即可在彈性板上激發(fā)出行進的行波，從而激勵彈性板上的表面質(zhì)點做橢圓運動，并在功能平臺、壓電驅(qū)動模塊以及彈性板三者的自身重力作用下與靜平臺的上表面接觸產(chǎn)生摩擦作用，從而實現(xiàn)平臺的三自由度運動。本實用新型所用的4n(n≥4)個壓電驅(qū)動模塊通過固定螺栓連接到彈性板，并呈正方形排列，其中正方形每條邊由n+1個壓電驅(qū)動模塊組成。根據(jù)需要，調(diào)整壓電驅(qū)動模塊上壓電疊堆施加的交流信號，可以改變平臺的工作狀態(tài)。

本實用新型具有以下特點：本實用新型利用壓電疊堆的共振或非共振振動模式進行激勵，在彈性板上實現(xiàn)不同方向的行波行波傳動，從而激勵彈性板的表面質(zhì)點作橢圓運動，在摩擦作用的驅(qū)動下實現(xiàn)平面的二自由度運動以及繞平面的旋轉(zhuǎn)運動，同時通過改變彈性板的厚度，可以調(diào)整平臺的分辨率。與傳統(tǒng)機械式傳動相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、分辨率高、運動方式靈活等優(yōu)點，避免了傳統(tǒng)機械式傳動引入的鉸鏈間隙誤差、運動空間小等問題，可實現(xiàn)三自由度大行程、高精度的定位目標(biāo)。