[发明专利]一种基于压电驱动的运动平台装置

说明书

本发明公开了一种基于压电驱动的运动平台装置，包括压电驱动单元、基体、柔性铰链放大单元、运动导向单元和运动位移输出单元，采用框型结构的基体作为压电驱动单元运动放大的载体，运动位移输出单元通过运动导向单元安装于基体的框型结构内侧，运动导向单元两端与基体的内壁固定连接，运动位移输出单元下端与柔性铰链放大单元上端固定连接，压电驱动单元固定于柔性铰链放大单元与基体框型结构内侧底部之间，通过在运动位移输出单元与压电驱动单元之间设置柔性铰链放大单元，利用柔性铰链放大单元作为放大机构，在基体内进行运动放大，从而实现压电驱动单元微位移从运动位移输出单元输出达到放大的效果，从而实现了最大输出几十微米的输出量，大大提高了压电驱动平台的最大输出位移。

技术领域

本发明属于工作台装置领域，具体涉及一种基于压电驱动的运动平台装置。

背景技术

随着超精密加工、生物细胞操作、微机电系统、纳米科学与技术以及光学工程的快速发展，对高精度的定位和运动提出了越来越高的要求，微纳米级定位工作台已经成为技术进步的必备工具。微纳米定位工作台的基础是微位移技术，支撑其高精度运动和定位能力，同时要求具有较大的工作行程、较高的稳定性及响应速度。传统定位工作台采用电磁电机驱动，并利用机械传动实现定位，但由于存在摩擦和回程间隙，使得传统定位系统难以满足科学研究和工业生产日益增长的精度要求。

传统的高速高精度定位系统大都采用旋转电机驱动，丝杠、减速器作为传动环节，这种驱动方式由于减速比的存在降低了对驱动器的输出动力要求，减小了负载的力矩波动对驱动部件的影响。但这种方式也存在许多弊病，如传动环节引入摩擦、间隙和机械弹性变形等非线性问题，其中摩擦力的存在妨碍了力和力矩的传输，降低了运动系统的动力性能和精度；间隙则是导致机构精度下降的主要因素，其定位精度一般只能达到微米级。在高端应用场合，传统的驱动方式已不能满足高速、高精度和免维护的要求，具有零传动特征的直接驱动系统应运而生。为了使定位平台实现亚微米甚至纳米级的定位精度和重复定位精度，当前采用的有电磁驱动方式、压电驱动方式等。而相比于电磁驱动方式，利用压电元件的逆压电效应进行驱动则更具优势，它具有驱动力大、精度和分辨率高、频响高、体积紧凑、重量轻、对磁场不敏感等优点，使它能够广泛地运用于微纳米定位系统中。现在比较常用的超精密定位驱动方案常常利用压电元件作为驱动装置并辅于柔性较链机构作为平台传动装置。

现有的压电驱动技术，由于压电元件的输出位移微小，即使是层叠式的压电陶瓷的输出位移也仅有微米级别，所以需要设计合理的放大机构，使其在不影响响应速度和性能的基础上，获得较大的输出位移量和输出力矩。在机械结构的设计上，目前的技术仍存在很大缺陷，现有的压电驱动平台的最大输出位移只有十几微米的量级，相对较低。另外，由于压电元件的输入电压信号与输出位移关系上存在复杂的迟滞非线性，一般情况下，压电驱动器会产生10％-15％的满量程迟滞误差。这种非线性的迟滞误差会导致压电驱动器的精度较差，且易产生振荡，严重影响了压电驱动微位移平台的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电驱动的运动平台装置，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于压电驱动的运动平台装置，包括压电驱动单元、基体、柔性铰链放大单元、运动导向单元和运动位移输出单元，基体为框型结构，运动位移输出单元通过运动导向单元安装于基体的框型结构内侧，运动导向单元两端与基体的内壁固定连接，运动位移输出单元下端与柔性铰链放大单元上端固定连接，压电驱动单元固定于柔性铰链放大单元与基体框型结构内侧底部之间。

进一步的，运动位移输出单元设有横向卡槽，运动导向单元卡设于运动位移输出单元的横向卡槽内。

进一步的，基体内腔底部开设有顶紧螺丝孔，顶紧螺丝孔放置顶紧螺栓，顶紧螺栓与压电驱动单元底部接触。