[发明专利]一种大行程压电精密位移平台与控制方法

说明书

本发明涉及一种大行程压电精密位移平台与控制方法，属于精密机械领域。该位移平台由基座、导轨a、动子a、导轨b、动子b和载物台组成。导轨a和导轨b固定连接在基座上；动子a通过滑块a安装在导轨a上；动子b通过滑块b安装在导轨b上；载物台固定连接在动子a的过渡板a和动子b的过渡板b上。该位移平台基于粘滑原理和压电驱动技术设计，具有结构简单、响应快、控制方便、定位精度高、行程大等特点，且采用动子与驱动机构一体结合的结构，克服了现有压电驱动器行程有限的问题，在较大行程范围内具备稳定的驱动能力。可用于精密测量、精密光学、微观力学性能测试、生物医学工程等领域。

技术领域

本发明涉及精密驱动领域，特别涉及一种大行程压电精密位移平台与驱动方法，该位移平台基于粘滑原理和压电驱动技术设计，具有结构简单、响应快、控制方便、定位精度高、行程大等特点，且采用动子与驱动机构一体结合的结构，克服了现有压电驱动器行程有限的问题，在较大行程范围内具备稳定的驱动能力。可用于精密测量、精密光学、微观力学性能测试、生物医学工程等领域。

背景技术

压电驱动器作为一种具有精度高、体积小、响应快、不受电磁干扰等优点的驱动装置，成为了精密驱动领域的研究热点，在航空航天工程、光学工程、生物医学工程和超精密加工等领域得到了广泛应用。然而压电驱动器却普遍存在行程不足的问题，针对这一问题，基于不同步进原理的粘滑惯性式压电驱动器、冲击惯性式压电驱动器、超声电机和尺蠖式压电驱动器等压电驱动器应运而生。《IEEE Transactions on Industrial Electronics》于2019年在第66卷第5374页(A Novel Stick–Slip Piezoelectric Actuator Based on aTriangular Compliant Driving Mechanism)提出了一种粘滑式压电驱动器，该驱动器可以实现毫米级的行程，然而其采用动子与驱动机构分离的结构，行程还是受到动子尺寸的限制，想进一步增大行程，则必须增大动子尺寸，而这势必会影响到驱动器的输出性能。申请号为CN201810582129.6提到的采用微齿驱动的大行程压电直线作动器，采用三组微齿结构，具有双向大行程的运动能力，然而其也是采用动子与驱动机构分离的结构，行程的进一步增大也依赖于动子尺寸。目前的粘滑式压电驱动器均受此限制。申请号为CN202011154549.8提到的一种大推力大行程压电尺蠖作动器，其基于尺蠖运动原理，可以实现较大行程，然而存在结构复杂且控制困难的问题。从以上分析可以看出，压电驱动器实现大行程仍是亟需学者们研究和解决的问题，也是压电驱动领域的热点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大行程压电精密位移平台与控制方法，解决了现有驱动器存在的上述问题，本发明的一种大行程压电精密位移平台具有结构简单、响应快、控制方便、定位精度高、行程大等特点，且采用动子与驱动机构一体结合的结构，可以在保证输出性能不变的条件下，实现真正意义上的大行程运动。本发明的一种大行程压电精密位移平台与控制方法，可用于设计大行程的压电精密位移平台，从而满足精密测量、精密光学、微观力学性能测试、生物医学工程等领域的大行程需求。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种大行程压电精密位移平台，由基座、导轨a、动子a、导轨b、动子b和载物台组成；所述的导轨a和导轨b固定连接在基座上；所述的动子a通过滑块a安装在导轨a上；所述的动子b通过滑块b安装在导轨b上；所述的载物台固定连接在动子a的过渡板a和动子b的过渡板b上。

所述的动子a由滑块a、过渡板a、柔性铰链机构a、压电叠堆a、楔形块组a、L型板a、预紧螺钉a和安装螺钉a组成；所述的压电叠堆a安装在柔性铰链机构a的凹槽内，并且通过楔形块组a进行预紧；所述的柔性铰链机构a固定连接在过渡板a上；所述的L型板a通过安装螺钉a安装在柔性铰链机构a上；所述的柔性铰链机构a和导轨a弹性接触，通过预紧螺钉a调节柔性铰链机构a和导轨a之间的接触力；所述的过渡板a固定连接在滑块a上。