[發明專利]一種大行程壓電精密位移平臺與控制方法

在審

• 申請號: 202110591211.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113285629A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 王馗灃;李軒;孫強;陳煒威;吳浩翔;魏大禹;黃虎
• 申請（專利權）人: 王馗灃
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明涉及一種大行程壓電精密位移平臺與控制方法，屬于精密機械領域。該位移平臺由基座、導軌a、動子a、導軌b、動子b和載物臺組成。導軌a和導軌b固定連接在基座上；動子a通過滑塊a安裝在導軌a上；動子b通過滑塊b安裝在導軌b上；載物臺固定連接在動子a的過渡板a和動子b的過渡板b上。該位移平臺基于粘滑原理和壓電驅動技術設計，具有結構簡單、響應快、控制方便、定位精度高、行程大等特點，且采用動子與驅動機構一體結合的結構，克服了現有壓電驅動器行程有限的問題，在較大行程范圍內具備穩定的驅動能力。可用于精密測量、精密光學、微觀力學性能測試、生物醫學工程等領域。

技術領域

本發明涉及精密驅動領域，特別涉及一種大行程壓電精密位移平臺與驅動方法，該位移平臺基于粘滑原理和壓電驅動技術設計，具有結構簡單、響應快、控制方便、定位精度高、行程大等特點，且采用動子與驅動機構一體結合的結構，克服了現有壓電驅動器行程有限的問題，在較大行程范圍內具備穩定的驅動能力。可用于精密測量、精密光學、微觀力學性能測試、生物醫學工程等領域。

背景技術

壓電驅動器作為一種具有精度高、體積小、響應快、不受電磁干擾等優點的驅動裝置，成為了精密驅動領域的研究熱點，在航空航天工程、光學工程、生物醫學工程和超精密加工等領域得到了廣泛應用。然而壓電驅動器卻普遍存在行程不足的問題，針對這一問題，基于不同步進原理的粘滑慣性式壓電驅動器、沖擊慣性式壓電驅動器、超聲電機和尺蠖式壓電驅動器等壓電驅動器應運而生。《IEEE Transactions on Industrial Electronics》于2019年在第66卷第5374頁(A Novel Stick–Slip Piezoelectric Actuator Based on aTriangular Compliant Driving Mechanism)提出了一種粘滑式壓電驅動器，該驅動器可以實現毫米級的行程，然而其采用動子與驅動機構分離的結構，行程還是受到動子尺寸的限制，想進一步增大行程，則必須增大動子尺寸，而這勢必會影響到驅動器的輸出性能。申請號為CN201810582129.6提到的采用微齒驅動的大行程壓電直線作動器，采用三組微齒結構，具有雙向大行程的運動能力，然而其也是采用動子與驅動機構分離的結構，行程的進一步增大也依賴于動子尺寸。目前的粘滑式壓電驅動器均受此限制。申請號為CN202011154549.8提到的一種大推力大行程壓電尺蠖作動器，其基于尺蠖運動原理，可以實現較大行程，然而存在結構復雜且控制困難的問題。從以上分析可以看出，壓電驅動器實現大行程仍是亟需學者們研究和解決的問題，也是壓電驅動領域的熱點和難點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大行程壓電精密位移平臺與控制方法，解決了現有驅動器存在的上述問題，本發明的一種大行程壓電精密位移平臺具有結構簡單、響應快、控制方便、定位精度高、行程大等特點，且采用動子與驅動機構一體結合的結構，可以在保證輸出性能不變的條件下，實現真正意義上的大行程運動。本發明的一種大行程壓電精密位移平臺與控制方法，可用于設計大行程的壓電精密位移平臺，從而滿足精密測量、精密光學、微觀力學性能測試、生物醫學工程等領域的大行程需求。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種大行程壓電精密位移平臺，由基座、導軌a、動子a、導軌b、動子b和載物臺組成；所述的導軌a和導軌b固定連接在基座上；所述的動子a通過滑塊a安裝在導軌a上；所述的動子b通過滑塊b安裝在導軌b上；所述的載物臺固定連接在動子a的過渡板a和動子b的過渡板b上。

所述的動子a由滑塊a、過渡板a、柔性鉸鏈機構a、壓電疊堆a、楔形塊組a、L型板a、預緊螺釘a和安裝螺釘a組成；所述的壓電疊堆a安裝在柔性鉸鏈機構a的凹槽內，并且通過楔形塊組a進行預緊；所述的柔性鉸鏈機構a固定連接在過渡板a上；所述的L型板a通過安裝螺釘a安裝在柔性鉸鏈機構a上；所述的柔性鉸鏈機構a和導軌a彈性接觸，通過預緊螺釘a調節柔性鉸鏈機構a和導軌a之間的接觸力；所述的過渡板a固定連接在滑塊a上。