[发明专利]一种旋转驱动平台及其控制方法

说明书

本发明属于精密驱动领域，具体涉及一种旋转驱动平台及其控制方法。本发明解决了尺蠖型压电驱动平台结构复杂、控制困难的技术问题。该旋转驱动平台包括驱动单元、钳位单元、转子、螺钉和底座；驱动单元和钳位单元通过螺钉安装在底座上；该旋转驱动平台通过对电压信号的时序控制，使驱动单元和钳位单元交替协同工作，可实现大行程高精度的旋转运动，可应用于精密超精密机械加工、微机电系统、微操作机器人、生物技术、航空航天等领域。

技术领域

本发明涉及一种微纳精密驱动平台，特别涉及一种旋转驱动平台及其控制方法。

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、智能机器人、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。尺蠖压电驱动平台在获得较大输出行程的同时能够保证较高的输出精度与承载能力，受到了研究学者的广泛关注。尺蠖型驱动平台通常需采用两路钳位单元、一路驱动单元，多路时序控制，存在结构复杂、控制困难的问题，不利于尺蠖型压电驱动的实际应用。因此，有必要设计一种能简化结构和控制的尺蠖型压电驱动平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转驱动平台及其控制方法，解决现有技术存在的上述问题。本发明通过信号控制，使用一组驱动单元和一组钳位单元协同工作，在实现大行程旋转驱动同时，能有效简化平台结构和控制。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种旋转驱动平台，包括驱动单元、钳位单元、转子、螺钉和底座，驱动单元和钳位单元通过螺钉安装在底座上；所述旋转驱动平台通过时序控制使驱动单元和钳位单元协同工作，驱动转子做旋转运动。

所述的驱动单元包括三个压电叠堆、一个柔性铰链机构、三个预紧楔块；三个压电叠堆安装于柔性铰链机构内，其中两个沿x向安装，一个沿y向安装，通过预紧楔块进行预紧；柔性铰链机构包含六个薄壁柔性铰链，通过螺钉可调节柔性铰链机构与转子间的初始预紧力，顶部弧形凸起部分与转子接触，一个沿y向安装的压电叠堆和任意一个沿x向安装的压电叠堆同时得电伸长可推动弧形凸起部分顶紧转子并带动转子旋转。

所述的钳位单元包括一个压电叠堆、一个柔性铰链机构、一个预紧楔块；压电叠堆安装于柔性铰链机构内，通过预紧楔块进行预紧；柔性铰链机构包含四个薄壁柔性铰链，通过螺钉可调节柔性铰链机构与转子间的初始预紧力，弧形凸起部分与转子接触，压电叠堆得电伸长可推动弧形凸起部分顶住转子实现钳位。

一种旋转驱动平台的控制方法，包括以下步骤：

第①步，初始状态：调节螺钉来控制柔性铰链机构与转子间的初始预紧力；采用两组电压信号分别控制驱动单元、钳位单元；驱动单元和钳位单元的压电叠堆都不带电；

第②步，驱动单元推动转子做旋转运动；

第③步，钳位单元对转子进行钳位；

第④步，驱动单元恢复到初始状态；

第⑤步，钳位单元恢复到初始状态，一个运动周期结束；

第⑥步，重复上述步骤，驱动单元和钳位单元交替工作，该驱动平台可实现大行程高精度旋转运动。

本发明的主要优势在于：通过时序控制使一组驱动单元和一组钳位单元交替协同工作，在实现微纳米级大行程旋转运动的同时，可以有效简化平台结构和控制。该平台可应用于精密超精密加工、微操作机器人、微机电系统、大规模集成电路制造、生物技术等重要科学工程领域。

附图说明