[發明專利]一種壓電驅動式轉動微定位系統

有效

• 申請號: 202110174710.6
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112953295B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 王福軍;郭昊;韓沖沖;田延嶺;張大衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 肖莉麗

本發明公開了一種壓電驅動式轉動微定位系統，旨在提供一種結構簡單、緊湊，成本低的微定位系統。包括壓電陶瓷驅動器及一體成型的基座、橋型放大機構、轉動驅動機構和定位平臺，橋型放大機構包括位于壓電陶瓷驅動器四周且沿壓電陶瓷驅動器中軸線對稱設置的四組橋型柔性鉸鏈機構及連接四組橋型柔性鉸鏈機構的動力盤；轉動驅動機構包括位于橋型放大機構外部沿壓電陶瓷驅動器中軸線四周對稱設置的四組平行四邊形機構，每組平行四邊形機構包括位移放大機構、橫向驅動臂及連接柱，橫向驅動臂的自由端安裝有連接柱，四組平行四邊形機構的連接柱與定位平臺連接。該系統只用一個壓電陶瓷驅動器就能實現一個自由度的繞中心轉動，結構簡單緊湊，成本低。

技術領域

本發明涉及一種微定位系統，更具體的說，是涉及一種由壓電陶瓷驅動器直接驅動，具有二級位移放大的壓電驅動式轉動微定位系統。

背景技術

近年來，隨著微電子技術的蓬勃發展，以加工微米/納米機構和系統為目的的微納技術應運而生，從而導致微電子機械系統(MEMS)的出現。MEMS需要將多個微小零件裝配成較復雜的微電子機械系統，而微定位系統在微操作和微裝配過程中作為操作對象的承載機構，其性能好壞直接影響操作質量，對微操作和微裝配任務的實現有著重要的作用。因此，微定位技術是MEMS技術實現產業化的關鍵環節。在微定位技術中，驅動方式的選取會影響微定位系統機械結構的緊湊性，可能造成系統定位不準確、不穩定等問題，從而限制定位精度與裝配質量的提高。

現有的微定位系統大多采用壓電陶瓷驅動器，但是由于壓電陶瓷的輸出位移只有一個平動自由度，若要實現系統的繞中心轉動并放大位移一般需要多個壓電陶瓷驅動器相配合，結構復雜且成本較高。因此，設計單個壓電陶瓷驅動器驅動的繞中心轉動微定位系統至關重要。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種結構簡單、緊湊，成本低的壓電驅動式轉動微定位系統。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種壓電驅動式轉動微定位系統，包括壓電陶瓷驅動器及一體成型的基座、橋型放大機構、轉動驅動機構和定位平臺，所述橋型放大機構包括位于所述壓電陶瓷驅動器四周且沿所述壓電陶瓷驅動器中軸線對稱設置的四組橋型柔性鉸鏈機構及連接所述四組橋型柔性鉸鏈機構的動力盤，每組所述橋型柔性鉸鏈機構的一端與所述基座連接，另一端與所述動力盤連接；所述轉動驅動機構包括位于所述橋型放大機構外部沿所述壓電陶瓷驅動器中軸線四周對稱設置的四組平行四邊形機構，每組所述平行四邊形機構包括位移放大機構、橫向驅動臂及連接柱，每組所述位移放大機構對應一組所述橋型柔性鉸鏈機構，每組所述位移放大機構的位移輸入端與相對應的所述橋型柔性鉸鏈機構的位移輸出端連接；每組所述位移放大機構的一端與所述基座連接，另一端與所述橫向驅動臂的一端連接，所述橫向驅動臂的自由端安裝有所述連接柱，四組所述平行四邊形機構的連接柱分別與所述定位平臺連接；所述壓電陶瓷驅動器通過所述動力盤驅動所述橋型放大機構，所述橋型放大機構驅動所述轉動驅動機構，所述轉動驅動機構中的所述橫向驅動臂及連接柱驅動所述定位平臺轉動。

所述位移放大機構包括柔性鉸鏈Ⅴ、柔性鉸鏈Ⅵ、柔性鉸鏈Ⅶ、柔性鉸鏈Ⅷ、柔性鉸鏈Ⅸ、連桿Ⅵ、連桿Ⅶ、連桿Ⅷ及連桿Ⅸ，所述連桿Ⅵ一端與所述基座連接，所述連桿Ⅶ下端通過所述柔性鉸鏈Ⅴ與所述連桿Ⅵ上端的一側連接，所述連桿Ⅶ上端通過所述柔性鉸鏈Ⅷ與所述連桿Ⅸ下端的一側連接，所述連桿Ⅶ內側通過所述柔性鉸鏈Ⅶ與所述橋型放大機構的位移輸出端連接；所述連桿Ⅷ下端通過所述柔性鉸鏈Ⅵ與所述連桿Ⅵ下端的另一側連接，所述連桿Ⅷ上端通過所述柔性鉸鏈Ⅸ與所述連桿Ⅸ下端的另一側連接；所述連桿Ⅸ側面與所述橫向驅動臂連接；所述連桿Ⅵ連桿Ⅶ、連桿Ⅸ與連桿Ⅷ組成平行四邊形。

所述橋型柔性鉸鏈機構包括依次連接的連桿Ⅰ、柔性鉸鏈Ⅰ、連桿Ⅱ、柔性鉸鏈Ⅱ、連桿Ⅲ、柔性鉸鏈Ⅲ、連桿Ⅳ、柔性鉸鏈Ⅳ及連桿Ⅴ，所述連桿Ⅰ固定于所述基座上，所述連桿Ⅴ與所述動力盤連接。

所述基座對稱的上設置有四個安裝孔。