[发明专利]一种三向压电驱动的二维并联精密定位机构

说明书

技术领域

本发明属于压电精密致动仪器领域，具体是一种三向压电驱动的二维并联精密定位机构。

背景技术

随着微电子技术，宇航，生物工程等学科的迅速发展，微定位系统在电子，光学，机械制造等技术领域得到了越来越广泛的应用。所以微定位技术的研究对精密制造和和光学显示等领域的发展有较好的促进作用，微定位平台是由压电陶瓷驱动，由于压电陶瓷的高精度，高分辨率，响应快等优点，使得微定位平台可以应用在各种精密领域。

压电陶瓷驱动器具有位移分辨率高、结构简单、发热少、体积小、刚度高、响应速度快、不收磁场干扰、无磨损、不许润滑等优点被广泛应用于微定位系统中。微定位平台在最近几年迅速发展，大多数采用压电陶瓷驱动放大机构，之后带动平台的微动，目前采用比较多的有杠杆放大、三角放大、桥式放大基本原理，根据原理的不同，平台表现出的特点就有所不同，为了使输出的位移与输入电压有较好的线性关系，必须采用误差小，有较好的刚度的放大机构。

传统的技术中使用二维微定位机构，其运用的是杠杆放大原理，但是运用该原理带来的回复力不足、误差大、以及迟滞效应的问题一直是本领域技术人员厄待解决的问题；然而根据三角放大原理设计的位移放大机构结构简单，对位移放大的倍数关系只与放大角有简单关系，且输出力很稳定，能达到快速精准驱动和定位的目的，因此将三角放大原理设计应用于压电精密致动仪器领域应运而生。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种三向压电驱动的二维并联精密定位机构，采用了基于三角放大原理的位移放大机构，每个放大机构组成一个放大模块，共三个放大模块位于内外圈之间，且均匀分布，即每个之间夹角为120°，最后形成并联的结构，通过三个放大模块的相互协调的运动，可实现平台的精密定位。

本发明是这样实现的，一种三向压电驱动的二维并联精密定位机构，包括基座，内圈以及外圈，三组驱动模块共同连接同一个内圈，以内圈为中心，呈放射状均匀分布。

所述的内圈、外圈共圆心，且内圈与外圈之间均匀连接有三组驱动模块，分别为第一驱动模块，第二驱动模块，第三驱动模块，通过三个模块的相互配合，可实现双向驱动，并实现各方向对称的作动范围。驱动相邻的两个驱动模块，可实现在两模块夹角内的运动范围；

所述的驱动模块包括压电叠堆，位移放大机构；所述压电叠堆设置在位移放大机构的内部，通过压电叠堆得以施加预紧力。

进一步，所述的压电叠堆两端通过楔形块与位移放大机构相连接，压电叠堆相对作动方向与驱动模块输出位移方向正交，压电叠堆通过两个楔形块与位移放大机构固定预紧。

进一步，所述的位移放大机构有四个斜边，所述的斜边与驱动方向成10°的薄板。所述的位移放大机构的四个斜边与压电叠堆呈一定角度，能够使得压电叠堆伸长驱动放大机构变形时，从而带动垂直方向运动，实现位移的放大。

进一步，所述的位移放大机构的斜边与两侧连接处设置有有柔性铰链，柔性铰链是指位移放大机构的斜边与两侧连接处的圆弧槽，此处最薄处只有0.5mm厚，其能够实现斜边绕柔性铰链转动。柔性铰链的设置一方面减小结构的刚度，方便压电叠堆的安装和更换，另一方面当压电叠堆伸长时可绕铰链处转动，避免了传统铰链的摩擦。

进一步，所述的放大机构的一端设置球面凹槽和内螺纹孔，另一端只设置有内螺纹孔。

进一步，所述的放大机构设置有内螺纹孔的一端通过螺钉与外圈连接；所述的放大机构另一设置球面凹槽和内螺纹孔的一端通过钢珠和内六角紧固螺钉与内圈连接。通过内六角紧固螺钉和钢珠锁紧与内圈固定，内圈与驱动模块是通过内六角紧固螺钉预紧，使钢珠嵌在两球面内，不仅减小了两接触面的摩擦，还减小了内圈在驱动时的转动。

进一步，所述的内圈通过放大机构与外圈相连，外圈通过螺栓固定在基座上，其中的外圈是固定在基座上，而内圈是可以活动的。

本发明与现有技术的有益效果在于：

1、应用三向驱动二维定位平台，显著缩短传动链，提高响应速度，可连续在低频率下工作，在单个叠堆工作时可实现高分辨率致动；

2、采用与传统定位不一样的定位方式，每组位移放大模块均匀分布在内外圈之间，可实现双向的定位，定位精度可提高；

3、采用并联组合形式，即由三个放大模块共同连接同一个内圈上，工作台同时由三个压电电机驱动，具有惯性小、刚度大、响应速度快等优点。

附图说明

图1为本发明一种三向压电驱动的二维并联精密定位机构的俯视图；