[實用新型]耦合尺蠖仿生與寄生運動原理的壓電定位平臺

有效

• 申請號: 201820323816.1
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN207853785U
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 楊智鑫;黃虎;周曉勤;趙宏偉;范尊強;董景石
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本實用新型涉及一種耦合尺蠖仿生與寄生運動原理的壓電定位平臺，定位平臺中的驅動單元、動子單元及鉗位單元分別與基座連接，動子單元中動子兩側的薄片狀結構分別與驅動單元和鉗位單元輸出端的凹槽間隙配合。同時給鉗位單元和驅動單元中的壓電疊堆分別施加具有一定時序的周期性方波和鋸齒波驅動電壓，實現動子的步進運動。優點在于：耦合了尺蠖仿生與寄生運動原理的各自優勢，克服了尺蠖仿生式壓電定位平臺壓電元件使用多、結構和控制復雜的問題以及寄生運動式壓電定位平臺自鎖性差、回退運動顯著的問題，為研制同時具備大行程、高承載能力、回退運動小、結構和控制簡單的壓電精密定位平臺提供一種可行方案。

技術領域

本實用新型涉及精密機械、精密光學系統、顯微操作、精密/超精密加工等領域，特別涉及一種耦合尺蠖仿生與寄生運動原理的壓電定位平臺。

背景技術

基于壓電材料設計的精密定位平臺在精密機械、精密光學系統、顯微操作、精密/超精密加工等領域具有重要應用。為解決單一壓電元件輸出位移非常有限的問題，研究人員提出了諸如尺蠖仿生、粘滑慣性、寄生運動等驅動原理，并設計研制了相應的大行程壓電精密定位平臺，一定程度上擴展了壓電驅動精密定位平臺的應用范圍和領域。然而，基于上述原理研制的壓電驅動精密定位平臺也存在各自的缺點。典型的如尺蠖式壓電定位平臺具有輸出力大、回退運動小、分辨率高等優點，但是其結構往往十分復雜、加工裝配非常困難，而且由于需3個以上的壓電元件時序動作，控制過程復雜。粘滑慣性式壓電定位平臺的結構和控制較為簡單，但是其承載能力較低、而且運動過程存在明顯的回退現象，限制了其使用。寄生運動式壓電定位平臺具備了粘滑式驅動器的優點，但是依然存在驅動電壓為零時自鎖性較差以及運動過程中存在明顯的回退現象等問題。

綜上，現存的各類壓電定位平臺雖然可在高分辨率的情況下實現大行程運動，但是依然存在或結構與控制復雜、或承載能力低、或回退現象顯著、或自鎖性差等問題，所以，研制同時具備大行程、高承載能力、回退運動小、結構和控制簡單的壓電精密定位平臺依然是迫切需要解決的難題。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種耦合尺蠖仿生與寄生運動原理的壓電定位平臺，通過耦合尺蠖仿生和寄生運動原理的各自優勢，一方面解決了尺蠖仿生式壓電定位平臺壓電元件使用多、結構和控制復雜的問題，另一方面解決了寄生運動式壓電定位平臺自鎖性差、回退運動顯著的問題。本實用新型為研制同時具備大行程、高承載能力、回退運動小、結構和控制簡單的壓電精密定位平臺提供了一種解決方案，在精密機械、精密光學系統、顯微操作、精密/超精密加工等領域有廣闊的應用前景。

本實用新型的上述目的通過以下技術方案實現：

耦合尺蠖仿生與寄生運動原理的壓電定位平臺，包括鉗位單元、動子單元及驅動單元，所述驅動單元、動子單元及鉗位單元分別通過螺釘與基座1連接。

所述的鉗位單元由鉗位墊塊4、鉗位壓電疊堆2和鉗位柔性鉸鏈抓爪3組成，所述鉗位壓電疊堆2采用過盈配合方式安裝在鉗位柔性鉸鏈抓爪3尾部的槽內，所述鉗位柔性鉸鏈抓爪3通過鉗位墊塊4與基座1的側面連接。

所述的驅動單元由驅動墊塊8、驅動壓電疊堆9和驅動柔性鉸鏈抓爪10組成，所述驅動壓電疊堆9采用過盈配合方式安裝在驅動柔性鉸鏈抓爪10尾部的槽內，所述驅動柔性鉸鏈抓爪10通過驅動墊塊8與基座1的上端面連接。

所述的動子單元由導軌5、滑塊6和動子7組成，所述導軌5通過螺釘與基座1連接，動子7通過螺釘固定在滑塊6的上端，動子7伴隨滑塊6在導軌5上沿x方向運動，動子7 兩側的薄片狀結構分別與驅動單元和鉗位單元輸出端的凹槽實現間隙配合。

本實用新型耦合尺蠖仿生與寄生運動原理，該類型定位平臺在實現毫米級大行程和微納米級高精度定位功能的基礎上，兼具高承載能力、結構和控制簡單等特點。