[實用新型]一種新型壓電旋轉精密驅動平臺

有效

• 申請號: 201920490205.0
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN210431263U
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 萬嫩;李建平;溫建明;闞君武;陳松
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種新型壓電旋轉精密驅動平臺，由壓電疊堆、非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構、轉子、預緊螺釘、預緊楔塊和底座組成。壓電疊堆在電壓信號驅動下可伸長和恢復，非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構可實現寄生慣性運動；預緊螺釘調節非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構與轉子間的初始預緊力；底座支撐和安裝固定其他零件。本實用新型壓電疊堆主輸出方向與轉子的旋轉中心在一條直線上，壓電疊堆主輸出方向的剛度得到充分利用；非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構剛度好，能承受較大的負載，提高了驅動平臺的輸出負載。該平臺可實現沿某一方向的旋轉步進式運動，可應用于精密超精密機械加工、微機電系統、微操作機器人、大規模集成電路制造、生物技術領域。

技術領域

本發明涉及精密超精密加工、微納操作機器人、微機電系統程領域，特別涉及一種新型壓電旋轉精密驅動平臺。

背景技術

具有微/納米級定位精度的精密驅動技術是超精密加工與測量、光學工程、現代醫療、航空航天科技等高尖端科學技術領域中的關鍵技術。為實現微/納米級的輸出精度，現代精密驅動技術的應用對驅動裝置的精度提出了更高要求。傳統的驅動裝置輸出精度低，整體尺寸大，無法滿足現代先進科技技術中精密系統對微/納米級高精度和驅動裝置尺寸微小的要求。壓電陶瓷驅動器具有體積尺寸小、位移分辨率高、輸出負載大、能量轉換率高等優點，能實現微/納米級的輸出精度，已經越來越多地被應用到微定位和精密超精密加工中。現有的壓電慣性驅動裝置通常將壓電元件和動子質量塊平行放置于其運動方向，預緊力垂直于壓電元件的主輸出方向，整體裝置的輸出負載主要依賴于預緊力產生的摩擦力。然而壓電元件如壓電疊堆，通常采用d₃₃的工作模式，其在垂直于主輸出方向的截面上剛度較小，產生的預緊力較小，導致整體裝置的輸出負載大大降低，壓電元件在主輸出方向的較大剛度沒有得到充分的利用。因此，有必要設計一種充分利用壓電疊堆主輸出方向的剛度，進一步提高壓電驅動裝置的輸出負載的新型壓電旋轉精密驅動平臺。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型壓電旋轉精密驅動平臺，解決了現有技術存在的上述問題。本發明具有結構簡單緊湊，輸出精度高，輸出剛度和輸出負載大，輸出頻率高的特點，同時能實現旋轉運動輸出功能。

本發明通過將壓電疊堆的主輸出方向與轉子旋轉中心在一條直線上布置，采用剛度輸出特性好的非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構，通過非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構傳遞復合載荷，最終實現轉子的旋轉運動。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種新型壓電旋轉精密驅動平臺，主要包括轉子(1)、壓電疊堆(2)、預緊楔塊(3)、預緊螺釘 (4)、非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)和底座(6)，所述精密驅動平臺通過寄生慣性原理實現壓電旋轉精密驅動。轉子(1)的結構使用了高精度軸承來減小其摩擦損耗，軸承通過旋轉軸與底座連接；轉子 (1)包括旋轉臺、軸承和旋轉軸，旋轉臺與軸承外圈、旋轉軸與軸承內圈、旋轉軸與底座為過盈配合；非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)通過螺釘安裝在底座上；壓電疊堆(2)安裝于非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)內，其主輸出方向與轉子(1)旋轉中心在一條直線上；預緊楔塊(3)布置在壓電疊堆(2)和非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)之間，可通過預緊楔塊(3)進行預緊；預緊螺釘(4)緊固在底座上，與非對稱薄壁式鉸鏈下端接觸，非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)為非對稱薄壁式結構，其上端弧形結構與轉子(1)接觸；底座(6)起支撐和安裝固定其他零件作用。

所述的壓電疊堆(2)的主輸出方向與轉子(1)旋轉中心在一條直線上，將壓電疊堆(2)主輸出方向的較大剛度充分利用；所述的非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)剛度輸出性能好，其上端可承受較大的預緊力，運動穩定高效，壓電疊堆(2)得電通過非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)傳遞轉子(1)旋轉運動的驅動力和非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)和轉子(1)之間接觸面的預緊力，從而大大提高壓電驅動平臺的輸出負載，可實現沿所需方向的旋轉步進式運動。

所述的非對稱薄壁式柔性鉸鏈機構(5)與轉子(1)之間的初始預緊力通過預緊螺釘(4)調節；