[发明专利]一种伞型爬行式压电驱动平台

说明书

本发明涉及一种伞型爬行式压电驱动平台，包括两组相同的压电驱动单元，动子和底座。每组压电单元包括压电叠堆、伞型柔性铰链机构、预紧螺钉、预紧楔块、螺旋测微头。压电叠堆在电压信号驱动下可伸长和恢复，伞型柔性铰链机构可实现寄生惯性运动；预紧螺钉和螺旋测微头可调节伞型柔性铰链机构和动子间的初始预紧力；底座支撑其他零件。两组压电驱动单元交替工作，通过伞型柔性铰链机构的寄生惯性运动可实现爬行式运动。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，特别涉及一种伞型爬行式压电驱动平台。

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。压电驱动平台具有体积尺寸小、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，但其工作行程由于受制于单个压电元件的逆压电效应十分有限，大大限制了其应用。因此，有必要设计一种能达到微/纳米定位精度的同时，能实现更大工作行程的的压电精密驱动平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种伞型爬行式压电驱动平台，解决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，同时能实现大行程的爬行式直线运动输出功能。

本发明通过两组压电驱动单元交替工作，利用伞型柔性铰链机构的寄生惯性运动实现微纳米级爬行式直线驱动，最终实现动子的直线运动。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种伞型爬行式压电驱动平台，主要包括两组相同的压电驱动单元，动子和底座。每组压电单元包括压电叠堆、伞型柔性铰链机构、预紧螺钉、预紧楔块、螺旋测微头，所述驱动平台通过两组压电驱动单元交替工作，利用伞型柔性铰链机构的寄生惯性原理实现微纳米级爬行式直线驱动。动子采用带有滑块的高精度直线导轨，导轨通过螺钉固定在底座上，可实现高精度的往返直线运动；伞型柔性铰链机构通过螺钉安装在底座上；压电叠堆安装于伞型柔性铰链机构内，可通过预紧楔块进行预紧；预紧螺钉和螺旋测微头可调节伞型柔性铰链机构与动子间的初始预紧力。

所述的驱动平台通过两组压电驱动单元交替工作实现爬行式运动。

所述的伞型柔性铰链机构刚度输出性能好，伞型柔性铰链机构上端可承受较大的预紧力，运动稳定高效，压电叠堆得电通过伞型柔性铰链机构的寄生惯性运动，同时提供驱动力和预紧力，驱动动子移动。

所述的压电叠堆，采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT，寄生惯性运动通过对压电叠堆的电压控制来实现。

所述的伞型柔性铰链机构可采用弹簧钢、高强度铝合金等材料制造，通过薄壁式柔性铰链连接成伞型。

所述的伞型柔性铰链机构上端与动子接触部分为弧形结构。

所述的动子可采用滚珠直线导轨、滚柱直线导轨、V型槽直线导轨、燕尾槽直线导轨等可实现往返直线运动的机构。

所述的压电信号采用锯齿波或三角波形式控制压电叠堆，使压电叠堆缓慢伸长，推动伞型柔性铰链机构作寄生惯性运动，从而实现动子直线移动。