[發明專利]一種中空二維壓電慣性沖擊驅動平臺

有效

• 申請號: 202110186867.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112994513B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 潘成亮;胡民港;夏豪杰;李維詩;于連棟;石超;豐安輝;吳家豪
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/04
• 代理公司: 合肥中博知信知識產權代理有限公司 34142
• 代理人: 張加寬

本發明公開一種中空二維壓電慣性沖擊驅動平臺，包括方形平臺、封裝蓋板和固定底座，方形平臺由方形外框、方形內框、位移放大機構和壓電驅動器組成，封裝蓋板設置柔性機構并安裝在方形平臺的上表面，方形平臺通過方形外框的四角部位與下表面的固定底座摩擦耦合，在壓電驅動器鋸齒波激勵電壓下實現慣性沖擊運動。本發明采用中心鏤空的結構設計提供觀測孔徑，采用摩擦耦合調整機構保證沖擊驅動的穩定性，可進一步提高多自由度跨尺度精密驅動定位在SEM等顯微成像系統中的應用效果。

技術領域

本發明屬于壓電精密定位平臺設備技術領域，具體涉及一種中空二維壓電慣性沖擊驅動平臺。

背景技術

隨著納米科技的快速發展，越來越多的場合需要對微小材料、器件、組織等進行納米尺度的觀測和操控，從而分析研究樣品的機械、電學、生化等特性并輔助樣品的合成和裝配，這些觀測操控設備包括掃描電子顯微鏡(SEM)、熒光顯微鏡、原子力顯微鏡(AFM)、納米機械手等。在使用納米機械手、AFM等設備進行納米操控時，常需借助SEM等設備進行實時的圖像反饋，這些場合要求精密定位平臺具有觀測孔徑，以方便SEM等設備對樣品進行成像。目前，成熟應用的具有中空結構的精密定位平臺是壓電柔性鉸鏈平臺，如PI公司的P-612.2XY壓電陶瓷納米定位系統，該類平臺具有納米級的位移分辨率，但運動行程只有數百微米，操作范圍有限。公開號為CN110336485B的中國專利采用摩擦沖擊驅動原理，將壓電柔性鉸鏈平臺的運動行程提高到數十毫米，但該設計無法提供觀測孔徑，且摩擦耦合存在穩定性問題。因此，需要結合壓電柔性鉸鏈平臺和沖擊驅動原理的優點，設計一種中空二維壓電驅動平臺實現跨尺度精密運動，提升上述場合精密定位平臺的應用效果。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種中空二維壓電慣性沖擊驅動平臺，利用中心鏤空的結構設計為顯微成像設備提供觀測孔徑，采用壓電慣性沖擊的驅動原理實現二維并聯跨尺度精密運動，同時增加摩擦耦合調整機構提高慣性沖擊驅動的精度和穩定性。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種中空二維壓電慣性沖擊驅動平臺，包括方形平臺、封裝蓋板和固定底座；所述方形平臺由方形外框、方形內框、位移放大機構和壓電驅動器組成；所述封裝蓋板中心鏤空，安裝于方形平臺的上表面；所述固定底座中心鏤空，設置于方形平臺的下表面；

所述方形外框的四個內側面和方形內框的四個外側面分別通過位移放大機構連接，位移放大機構的內部分別設置壓電驅動器；所述壓電驅動器作用位移放大機構產生形變，分別推動方形外框和方形內框之間產生平面正交方向上的相對位移；

所述封裝蓋板的四角部分和中間部分之間分別設置柔性機構，封裝蓋板的四角部分分別通過螺釘和墊片安裝于方形外框的四角部位上表面，封裝蓋板的中間部分通過螺釘和墊片安裝于方形內框的上表面；

所述方形外框的四角部位下表面與固定底座的上表面摩擦耦合，方形外框的四角部位與中間部位之間分別設置彎曲鉸鏈，通過彎曲鉸鏈調整四角部位的高度，保證方形外框和固定底座均勻接觸。

進一步地，所述位移放大機構為三角放大機構，所述壓電驅動器為壓電陶瓷疊堆，所述柔性機構為L型懸臂梁，所述彎曲鉸鏈為矩形截面梁。

進一步地，所述方形外框的四角部位下表面分別對稱設置通孔和半球沉孔，通孔內安裝磁鐵，半球沉孔內安裝摩擦小球；所述固定底座的四角部位上表面分別設置下層的鐵磁層和上層的摩擦層，鐵磁層與磁鐵產生吸引磁力，施加摩擦層與摩擦小球之間的預壓力。

和已有技術相比，本發明的優點為：

(1)方形平臺上表面安裝封裝蓋板，保護方形平臺內的器件，并作為樣品布置的工作臺；封裝蓋板的四角部分和中間部分通過柔性機構連接，并分別安裝在方形外框和方形內框上，即保證了封裝蓋板的穩固性，又避免封裝蓋板對位移放大機構結構剛度的影響；封裝蓋板還具有配重作用，方形外框的質量大于方形內框的質量，通過封裝蓋板可平衡兩者的質量關系，有利于產生穩定的慣性沖擊運動。