[發明專利]一種兩自由度超精密壓電驅動平臺及其激勵方法

有效

• 申請號: 201910280485.7
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109951102B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉英想;于洪鵬;劉軍考;鄧杰;田鑫琦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

本發明提出了一種兩自由度超精密壓電驅動平臺及其激勵方法，屬于壓電驅動領域。解決了現有兩自由度超精密驅動平臺結構復雜、形式單一和精度不足等問題。所述驅動平臺由運動平臺、驅動單元以及基座組成，所述驅動單元的運動由層疊式直線型壓電驅動器、層疊式彎曲型壓電驅動器以及層疊式扭轉型壓電驅動器產生，所述驅動平臺可以通過多種激勵方法產生運動平臺沿其軸線和繞其軸線的超精密直線和旋轉運動。基于不同的激勵方法和工作場合，驅動單元的數量可以做出變化。所述驅動平臺結構簡單、布置靈活，激勵方法簡單易行、可靠性高，便于應用在需要超精密直線和旋轉運動的應用場合。

技術領域

本發明涉及一種兩自由度超精密壓電驅動平臺及其激勵方法，屬于壓電驅動技術領域。

背景技術

伴隨著精密超精密加工、精密光學、生命科學與技術、微電子器件、精密測量、智能器件等領域的高速發展，可以實現大尺度和納米級定位精度的驅動裝置成為制約上述技術領域進一步發展的瓶頸，并受到了廣泛的關注和研究。傳統的電磁驅動技術雖然已經十分成熟，但其存在著定位精度不足、響應速度較慢以及電磁干擾嚴重等難以解決的問題，因此新型驅動原理尤其是壓電驅動技術得到了快速的發展。壓電驅動技術主要利用壓電材料的逆壓電效應實現電能向機械能的轉換，由于壓電驅動技術的原理特點，它具有結構設計靈活多樣、無電磁干擾、響應速度快、定位精度高等優勢，并在生物醫療器械、航空航天、微納操作等領域得到了成功的應用。

在諸如光纖對接、細胞操作、微電子器件加工等應用場合中，可以實現直線和旋轉運動的載物臺具有廣泛的應用需求。但是現有的電磁驅動的兩自由度載物臺普遍存在定位精度較低、動態特性較差的問題，而壓電驅動的兩自由度載物臺則具有運動行程過小、結構復雜、激勵方法單一的弊端，因此一種可以實現大尺度和納米級定位精度的兩自由度超精密壓電驅動平臺及其激勵方法具有十分廣泛的應用前景。基于層疊式壓電驅動器以及不同的激勵方法，本發明公開了一種結構簡單緊湊、激勵方法靈活多樣的可以實現大尺度和納米級分辨力的壓電驅動平臺，將會對擴展壓電驅動的應用范圍以及滿足相關技術領域的對驅動技術的需求產生深遠的影響。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的壓電驅動平臺結構復雜、激勵方法單一和難以實現大尺度和納米級定位精度的多自由度驅動的技術問題，從而提出了一種兩自由度超精密壓電驅動平臺及其激勵方法。所采取的技術方案如下：

一種兩自由度超精密壓電驅動平臺，所述驅動平臺包括運動平臺1、驅動單元2以及基座3；所述運動平臺1上設置有中心套或中心軸，所述上設置有中心軸或中心套，所述運動平臺1通過中心套或中心軸固定套裝于所述基座3的中心軸或中心套上，并且只能做繞中心軸或中心套軸線方向的旋轉運動以及沿中心軸或中心套軸線方向的直線運動；所述驅動單元2包括驅動足2-1、層疊式彎曲型壓電驅動器2-2、絕緣塊2-3、層疊式扭轉型壓電驅動器2-4和層疊式直線型壓電驅動器2-5；所述驅動足2-1、層疊式彎曲型壓電驅動器2-2、絕緣塊2-3、層疊式扭轉型壓電驅動器2-4和層疊式直線型壓電驅動器2-5沿所述驅動單元2的軸線方向由上至下依次堆疊布置。

進一步地，所述運動平臺1上設有垂直于臺面的圓柱體或圓筒體結構；所述驅動單元2的上端套置于所述運動平臺1內，或者，所述驅動單元2整體設置于所述運動平臺1外側，并且所述驅動單元2的下端面與所述基座3固定連接；當所述驅動單元2的上端套置于所述運動平臺1內時，所述驅動足2-1套置于所述運動平臺1的圓筒體結構內部，并且與所述運動平臺1的圓柱體或圓筒體結構的內柱面相接觸；當所述驅動單元2整體設置于所述運動平臺1外側時，所述驅動足2-1與所述運動平臺1的圓柱體或圓筒體結構的外柱面相接觸；兩種安裝形式下，所述驅動足2-1均通過摩擦力驅動運動平臺1的兩自由度超精密運動。

進一步地，所述驅動單元2的個數為大于0的整數；增加驅動單元2的個數用以實現多種激勵方法以及負載能力的倍增。