[發明專利]一種超聲驅動宏微復合運動平臺

在審

• 申請號: 201711374655.5
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107994804A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 楊志軍;張炫山;陳新;白有盾
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及運動平臺的技術領域，更具體地，涉及一種超聲驅動宏微復合運動平臺。

背景技術

在微電子加工，超精密加工，半導體制造，航天航空科技等尖端領域中，傳統的驅動裝置已難以滿足日益增長的加工精度的要求，科技人員都在努力尋求能夠滿足超精密加工精度的新型驅動器。壓電陶瓷材料響應速度快，輸出力大并且輸出位移穩定，結構方面緊湊，體積小。而柔性鉸鏈無機械摩擦，免潤滑，運動靈敏度高，采用壓電陶瓷材料的超聲致動驅動器可產生超聲頻域的機械振動。

發明內容

運動平臺將超聲致動驅動器與柔性鉸鏈等結構相結合，可以將壓電陶瓷材料的小行程往復振動轉化并積累為直線方向上的大行程運動，同時具有納米級的分辨率，輸出精度和定位精度高，響應快等特點，但是也存在運行速度較低的問題。

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種超聲驅動宏微復合運動平臺，本發明采用的技術方案如下。

一種超聲驅動宏微復合運動平臺，其特征在于，所述運動平臺包括：機座、直線導軌、導軌滑塊、直線驅動器、工作臺、超聲致動驅動器、位移檢測裝置和柔性鉸鏈；所述直線導軌固定在所述機座上；所述導軌滑塊設置于所述直線導軌上，并能夠在所述直線導軌上滑動；所述直線驅動器驅動所述工作臺進行直線運動；所述超聲致動驅動器安裝在所述導軌滑塊上，并通過所述柔性鉸鏈與所述工作臺連接；所述超聲驅動器包括：超聲致動裝置和運動切換單元；所述超聲致動裝置利用壓電材料的逆壓電效應，通過改變裝置輸入的電壓，實現裝置的超聲振動；所述運動切換單元用于實現將所述超聲致動裝置的超聲高頻振動轉化為沿直線導軌方向上的進給運動；所述位移檢測裝置用于實時反饋所述工作臺的位置；所述柔性鉸鏈通過彈性變形在精密定位的微運動中驅動所述工作臺運動。

進一步，所述超聲致動裝置包括：兩個板塊和壓電疊堆；所述兩個板塊分別安裝在所述導軌滑塊上，從而與固定在所述機座上的所述直線導軌進行連接；所述壓電疊堆位于所述兩個板塊之間，并與所述兩個板塊連接，以實現預緊。

進一步，所述運動切換單元包括緊固機構，所述緊固機構與所述超聲致動裝置連接；所述緊固機構包括：壓電促動器和摩擦塊；所述摩擦塊與所述壓電促動器的頂部連接；所述壓電促動器在通電時，根據逆壓電效應進行伸長，從而將摩擦塊抵在所述直線導軌上，以增大摩擦力，實現固緊所述超聲致動裝置的作用。

進一步，所述運動切換單元包括多個緊固機構，所述緊固機構與所述超聲致動裝置的所述板塊連接；所述緊固機構包括：壓電促動器和摩擦塊；所述摩擦塊與所述壓電促動器的頂部連接；所述壓電促動器在通電時，根據逆壓電效應進行伸長，從而將摩擦塊抵在所述直線導軌上，以增大摩擦力，實現固緊所述板塊的作用。

進一步，所述位移檢測裝置包括光柵位移傳感器。

進一步，所述直線驅動器包括：直線電機動子和直線電機定子組成；所述直線電機動子與所述工作臺連接，所述直線電機動子可以通過電磁力作用驅動所述工作臺進行大行程的直線運動。

進一步，所述柔性鉸鏈為可拆卸式的切口型鉸鏈。這樣，可以方便鉸鏈的替換。

進一步，所述柔性鉸鏈為多個，且均為可拆卸式的切口型鉸鏈；每個所述板塊均至少與一個所述柔性鉸鏈連接。

進一步，所述兩個板塊做成一個整體。這樣可以實現更好的同步效果。

與現有技術相比，有益效果是：宏運動采用直線驅動器驅動，速度快，縮短從運動開始到定位開始之間過渡的時間，同時運動的行程大，增大了運動平臺的有效行程。微運動采用超聲致動驅動器驅動，精度高，可達到納米級分辨率，同時響應速度快，配合柔性鉸鏈無摩擦、運動靈敏的特性，平臺所需的定位時間短，從而實現快速定位。采用宏微復合的方式將大行程速度快的直線驅動器與小行程精度高的超聲致動驅動器結合起來，從而實現大行程高精密且快速定位的宏微復合運動平臺。

附圖說明

圖1是本發明實施例一示意圖。

圖2為本發明實施例一超聲致動驅動器工作原理.

圖3為本發明的實施例二拆分結構示意圖。

圖4為本發明的實施例二局部剖切放大示意圖。

附圖標記說明：1.前板塊、2.后板塊、3.超聲致動器、4.柔性鉸鏈、5.工作臺；6.機座、7.直線導軌、8.導軌滑塊、9.壓電促動器、10.摩擦塊、11.板塊Ⅰ、12.板塊Ⅱ、13.板塊Ⅲ、14.板塊Ⅳ、15.光柵位移傳感器、16.直線電機動子、17.直線電機定子、18.柔性鉸鏈、19.壓電疊堆Ⅰ、20.壓電疊堆Ⅱ、21.工作臺。