[发明专利]一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台

说明书

本发明涉及一种基于寄生惯性原理的高效压电旋转精密驱动平台，包括两个压电叠堆、两个非对称薄壁式柔性铰链机构、转子、预紧螺钉、预紧楔块和底座。两组压电叠堆在电压信号驱动下可伸长和恢复；两组非对称薄壁式柔性铰链机构可实现寄生惯性运动；预紧螺钉和预紧楔块调节非对称薄壁式柔性铰链机构与转子间的初始预紧力；底座起支撑作用。本发明两个压电叠堆在电压的时序控制下，交替提供驱动，使非对称薄壁式柔性铰链机构做仿生爬行运动，既增加了输出负载，又消除了运动周期内动子的回退现象，提高了装置的输出性能，实现了转子的高效旋转。该平台可应用于精密超精密机械加工、微机电系统、微操作机器人、大规模集成电路制造、生物技术领域。

技术领域

本发明涉及精密超精密加工、微纳操作机器人、微机电系统程领域，特别涉及一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台。

背景技术

具有微/纳米级定位精度的精密驱动技术是超精密加工与测量、光学工程、现代医疗、航空航天科技等高尖端科学技术领域中的关键技术。为实现微/纳米级的输出精度，现代精密驱动技术的应用对驱动平台的精度提出了更高要求。传统的驱动平台输出精度低，整体尺寸大，无法满足现代先进科技技术中精密系统对微/纳米级高精度和驱动平台尺寸微小的要求。压电陶瓷驱动器具有体积尺寸小、位移分辨率高、输出负载大、能量转换率高等优点，能实现微/纳米级的输出精度，已经越来越多地被应用到微定位和精密超精密加工中。现有的压电惯性驱动平台通常将压电元件和转子质量块平行放置于其运动方向，预紧力垂直于压电元件的主输出方向，整体平台的输出负载主要依赖于预紧力产生的摩擦力。然而压电元件如压电叠堆，通常采用d₃₃的工作模式，其在垂直于主输出方向的截面上刚度较小，产生的预紧力较小，导致整体平台的输出负载大大降低，压电元件在主输出方向的较大刚度没有得到充分的利用；单个压电叠堆提供的输出负载小；运动中的回退现象进一步降低输出性能。因此，有必要设计一种充分利用压电叠堆主输出方向的刚度，消除回退现象，提高输出负载，进一步提高压电驱动平台的输出负载的新型高效压电旋转精密驱动平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有结构简单紧凑，输出精度高，输出刚度和输出负载大，输出频率高的特点，同时能实现高效旋转运动输出功能。

本发明采用两组压电驱动单元，将压电叠堆的主输出方向与转子旋转中心在一条直线上布置，采用刚度输出特性好的非对称薄壁式柔性铰链机构，在两个压电叠堆的交替驱动下，非对称薄壁式柔性铰链机构按照时序依次实现寄生惯性运动，传递复合载荷，最终实现转子的旋转运动。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，主要包括两组压电驱动单元I和I I、转子(5)、预紧楔块I、II(2、8)、预紧螺钉I、II(1、9)、底座(10)，其特征在于：所述精密驱动装置利用寄生惯性原理采用两组驱动单元实现高效压电旋转精密驱动。