[實用新型]一種多自由度尺蠖式精密壓電驅(qū)動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720746541.8
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN207010573U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范尊強;周明星;郭悅;錢龍;李源尚;薛博然;杜希杰;馬筱溪;趙宏偉;董景石
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務(wù)所(普通合伙)22212
• 代理人: 李榮武

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種精密壓電驅(qū)動器，特別涉及一種多自由度尺蠖式精密壓電驅(qū)動器，可應(yīng)用于高精密驅(qū)動定位、精密加工、精密光學(xué)、精密微細(xì)加工與測量、航空航天等高尖端的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，使得人類的研究擴(kuò)展到了微觀領(lǐng)域。特別的，高精密驅(qū)動定位技術(shù)已經(jīng)被證明在諸如掃描探針顯微鏡、微/納米手術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、納米壓印光刻等科學(xué)和工程應(yīng)用中起著越來越重要的作用。而具有微/納級別定位精度的壓電驅(qū)動技術(shù)更是這些微/納操作、微/納加工等諸多高尖端技術(shù)領(lǐng)域中的核心技術(shù)，這些領(lǐng)域迅猛的發(fā)展對其核心技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的壓電驅(qū)動裝置，往往因為壓電元件的輸出行程較小、輸出自由度單一、重復(fù)定位精度低等缺點，嚴(yán)重限制了其自身在更多壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，對于一些傳統(tǒng)的尺蠖式壓電驅(qū)動裝置而言，往往因不能克服重力影響，而無法高效滿足豎直方向微/納米級別高輸出精度和高承載能力的要求。因此，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力大、重復(fù)定位精度高，且能同時兼具直線運動和旋轉(zhuǎn)運動輸出的微小精密壓電驅(qū)動器是相當(dāng)重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種多自由度尺蠖式精密壓電驅(qū)動器，解決了目前驅(qū)動器結(jié)構(gòu)尺寸大、輸出自由度單一，承載能力小等問題。本實用新型分別采用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)輸出軸繞其軸線旋轉(zhuǎn)運動和沿其軸線的直線運動；本實用新型采用了上、中、下三層六個壓電疊堆分別作用復(fù)合柔性鉸鏈上對心式分布鉗位機(jī)構(gòu)，保證了其良好的對中性，且鉗位機(jī)構(gòu)采用了一種特殊的復(fù)合平行四邊形柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，每次都同時運動，提高了步進(jìn)運動的穩(wěn)定性和可靠性。另外，上、中兩層的四個壓電疊堆與安裝在驅(qū)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)上的兩個壓電疊堆通過相應(yīng)時序配合，交替作用，實現(xiàn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)式運動。轉(zhuǎn)子單元為無繞線結(jié)構(gòu)，可使輸出軸實現(xiàn)任意角度的旋轉(zhuǎn)；直線步進(jìn)式運動由一個環(huán)形壓電疊堆驅(qū)動，配合復(fù)合柔性鉸鏈上、中層的四個壓電鉗位機(jī)構(gòu)的時序交替鉗位作用，使輸出軸實現(xiàn)沿其軸線方向的直線步進(jìn)式運動。

本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種多自由度尺蠖式精密壓電驅(qū)動器，包括定子單元、轉(zhuǎn)子單元和輸出軸1；其中所述定子單元包括嵌有壓電疊堆鉗位的復(fù)合柔性鉸鏈13的下層基板和直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述的轉(zhuǎn)子單元包括分別嵌有壓電疊堆鉗位的復(fù)合鉸鏈13的上、中兩層基板，和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)；所述的輸出軸1為一轉(zhuǎn)軸，軸的輸出端開有螺紋孔與復(fù)合柔性鉸鏈13上、中、下層的基板軸孔過渡配合。

所述的定子單元，由復(fù)合柔性鉸鏈13的下層基板，B型壓電疊堆Ⅴ8、Ⅵ16和環(huán)形壓電疊堆17組成，所述的復(fù)合柔性鉸鏈13的下層基板包括一組對心分布的壓電疊堆鉗位，分別通過嵌入B型壓電疊堆Ⅴ8、Ⅵ16實現(xiàn)鉗位驅(qū)動；所述的B型壓電疊堆Ⅴ8、Ⅵ16，分別通過預(yù)緊螺釘Ⅴ15、Ⅵ7預(yù)緊安裝在復(fù)合柔性鉸鏈13的下層基板對心分布的壓電疊堆鉗位里；所述的環(huán)形壓電疊堆17，壓緊安裝在復(fù)合柔性鉸鏈13的中層和下層基板之間；所述的復(fù)合柔性鉸鏈13的中層和下層基板通過四組薄壁柔性鉸鏈連接。

所述的轉(zhuǎn)子單元，由復(fù)合柔性鉸鏈13的上、中層基板，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)化塊Ⅰ2、Ⅱ9，A型壓電疊堆Ⅰ3、Ⅱ10組成，所述的復(fù)合柔性鉸鏈13的上、中層基板通過兩組平行四邊形薄壁柔性鉸鏈相連，包括兩組對心分布的壓電疊堆鉗位，分別通過嵌入B型壓電疊堆Ⅰ4、Ⅱ12和B型壓電疊堆Ⅲ18、Ⅳ19實現(xiàn)鉗位驅(qū)動；所述的B型壓電疊堆Ⅰ4、Ⅱ12、Ⅲ18、Ⅳ19分別通過預(yù)緊螺釘Ⅰ5、Ⅱ11、Ⅲ6、Ⅳ14預(yù)緊安裝在復(fù)合柔性鉸鏈13的上、中層基板對心分布的壓電疊堆鉗位里；所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)化塊I2、Ⅱ9，通過過盈配合安裝在復(fù)合柔性鉸鏈13的中層基板的凹槽里；所述的A型壓電疊堆Ⅰ3、Ⅱ10一端分別頂在復(fù)合柔性鉸鏈 13的上層基板凹槽側(cè)面，一端分別頂在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)化塊Ⅰ2、Ⅱ9的上層側(cè)面上。

所述的輸出軸1為可變式接口轉(zhuǎn)軸。

所述的轉(zhuǎn)子單元為無繞線結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)任意角度的旋轉(zhuǎn)。