[发明专利]五自由度压电运动平台及其激励方法

说明书

本发明是超精密五自由度压电运动平台及其激励方法。本发明解决了多数多自由度超精密压电驱动器成本高昂、结构复杂以及运动行程严重受限的技术问题。所述压电运动平台由动子(1)、多输出驱动单元(2)、横向导轨(3)、纵向导轨(4)、支撑平板(5)、单输出驱动单元(6)、侧向压板(7)以及基座(8)组成，其中多输出驱动单元(2)和单输出驱动单元(6)作为主要驱动元件，依靠自身变形和摩擦力驱动动子的超精密五自由度运动。基于本发明中的激励方法，所述压电运动平台可以实现大行程和高分辨力的多自由度超精密运动。本发明中的压电运动平台结构简单紧凑，激励方法可靠易行，在多自由度超精密定位等技术领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，是一种超精密五自由度压电运动平台及其激励方法。

背景技术

近年来，在细胞科学、超精密光学以及超精密加工等领域的巨大需求下，超精密仪器设备得到了快速的发展，而超精密仪器设备中最为核心的元件就是超精密的驱动器，而这也是其最大的技术难点。相比于传统的电磁驱动方式，压电驱动作为一种新型的致动机理，具有分辨力高、响应速度快、结构设计灵活以及电磁兼容性好等诸多优点，因此在超精密定位和加工等领域得到了广泛的应用和研究。一般而言，压电驱动是利用压电材料的逆压电效应实现输入电能向输出机械能转换的一种驱动方式，要实现超精密的多自由度驱动，目前较为成熟的方式就是采用多级串联的压电叠堆驱动，但是这种方式成本高昂、快速响应能力较差、结构较为复杂、行程也收到较大限制，因此在对于驱动器的体积和行程具有较高要求的超精密定位领域中的应用受到了很大的限制，所以发明一种结构紧凑、成本较低的多自由度超精密压电驱动器有其实际的需求和现实的意义。

发明内容

本发明为解决现有存在的问题，提供了一种超精密五自由度压电运动平台及其激励方法，本发明提供了以下技术方案：

一种超精密五自由度压电运动平台，所述运动平台包括动子1、多输出驱动单元2、横向导轨3、纵向导轨4、支撑平板5、单输出驱动单元6、侧向压板7以及基座8；所述多输出驱动单元2包括上侧驱动足2-1、上侧双向弯曲单元2-2、固定夹块2-3、下侧双向弯曲单元 2-4以及下侧驱动足2-5；所述单输出驱动单元6包括压电陶瓷片6-1以及中间驱动足6-2；所述上侧驱动足2-1、上侧双向弯曲单元2-2、固定夹块2-3、下侧双向弯曲单元2-4以及下侧驱动足2-5沿多输出驱动单元2的轴向方向从上到下依次布置且保持固定连接，所述中间驱动足6-2布置在压电陶瓷片6-1之间且保持固定连接，侧向压板7与基座8之间保持固定连接，单输出驱动单元6与支撑平板5之间保持固定连接，固定夹块2-3与纵向导轨4滑动连接，横向导轨3与支撑平板5固定连接，横向导轨3与纵向导轨4分别沿水平方向和纵深方向交叉布置并滑动连接；所述动子1接触压紧在上侧驱动足2-1上表面，下侧驱动足2-5 接触压紧在支撑平板5上表面，中间驱动足6-2接触压紧在侧向压板7的侧面；所述基座8 保持固定，所述动子1输出超精密五自由度运动。

优选地，所述多输出驱动单元2中的上侧双向弯曲单元2-2包括水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分，所述水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分分别由压电陶瓷片固定连接于弹性基体侧面组成，在激励电压信号的作用下所述水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分分别产生沿水平方向和纵深方向的弯曲变形，进而带动上侧驱动足2-1沿水平方向和纵深方向的摆动运动；所述多输出驱动单元2中的下侧双向弯曲单元2-4包括水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分，所述水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分分别由压电陶瓷片固定连接于弹性基体侧面组成，在激励电压信号的作用下所述水平方向弯曲组分和纵深方向弯曲组分分别产生沿水平方向和纵深方向的弯曲变形，进而带动下侧驱动足2-5沿水平方向和纵深方向的摆动运动；所述单输出驱动单元6由压电陶瓷片6-1固定连接于中间驱动足6-2 的上下两侧组成，在激励电压信号的作用下所述单输出驱动单元6产生伸缩变形和弯曲变形，进而合成带动中间驱动足6-2末端质点的椭圆轨迹运动。