一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺制造技術

本實用新型專利技術公開了一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，包括驅動元件、動平臺和靜平臺。所述驅動元件包括4個直線運動壓電驅動器，每個驅動器在其對稱中心均設有通孔；所述動平臺為側面中心設置有螺紋孔的正方形平板，4個聯接螺栓通過螺紋孔配合將4個直線運動壓電驅動器分別聯接在動平臺的四個側面；所述靜平臺依據驅動器的性能參數制定，作為驅動器的工作平面。對直線運動壓電驅動器施加特定的激勵信號可實現雙向直線運動；通過組合4個壓電疊堆驅動器的直線運動，可實現平臺在平面內的二自由度直線運動和繞軸線的旋轉運動。本實用新型專利技術構建的平面三自由度驅動平臺，具有結構簡單、精度高、行程大、負載高等優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種驅動定位裝置，屬于壓電精密驅動
，具體是一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺。
技術介紹
隨著精密工程的迅速發展，現代制造領域對精密運動平臺的精度、速度和行程提出了越來越高的要求，其定位精度和行程范圍直接影響到生產加工的精度和廣度。傳統的運動平臺主要由電磁型旋轉電機驅動，這種驅動方式技術工藝成熟、性能穩定，但是不可避免地存在著較多的中間運動轉換環節和彈性變形，使得平臺的實時性較差，可實現的直線運動的定位精度或速度較低。另外，由于電機本身基于電磁效應的工作原理，不可避免的會對工作環境帶來電磁干擾。壓電驅動器從定位精度、響應速度等方面而言均具有明顯的優勢，基于壓電驅動器開發的多自由度定位平臺研宄已成為近年來的熱點，然而依據不同壓電驅動器構建的運動平臺目前仍然存在許多不足:以超聲電機為代表的共振式壓電驅動器對電壓頻率、定子結構尺寸非常敏感，批量化生產難以保證平臺性能和穩定性的一致性；傳統尺蠖型等非共振式壓電驅動器精度在很大程度上依賴于導向機構的加工精度，此外驅動器的結構設計比較復雜，難以構建多自由度運動平臺；壓電微位移平臺雖然具有機構簡單，可控性好，精度高的優點，但其行程一般在100 μπι以下，很難實現大行程。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題，是針對前述
技術介紹
的缺陷和不足，設計一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，實現平面三自由度大行程高精度的定位要求。本技術為解決上述技術問題采用以下技術方案:一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，包括驅動元件、動平臺8以及靜平臺7 ;所述驅動元件包括若干個直線運動壓電驅動器9，直線運動壓電驅動器9放置在靜平臺7上，且所述直線運動壓電驅動器9成對對稱設置；所述動平臺8固定連接在直線運動壓電驅動器9的中間位置，靜平臺7依據驅動器的性能參數制定，作為直線運動壓驅動器9的工作平面。每個直線運動壓電驅動器9在其中心處均設有通孔，所述動平臺8為帶側面且側面中心設置有螺紋孔的平板，直線運動壓電驅動器9通過連接螺栓10連接在動平臺8的側面。所述驅動元件包括四個直線運動壓電驅動器9，所述動平臺8為矩形帶側面的平板，每個側面上對應設有一個直線運動壓電驅動器9，直線運動壓電驅動器9兩兩對稱。所述直線運動壓電驅動器9包括彈性元件1、導向棒2、壓電疊堆5、預緊楔塊、預緊螺栓6 ；所述彈性元件I包括一根水平梁，該水平梁連接五根齒柱，其中，有兩根齒柱位于水平梁的上側，三根齒柱位于水平梁下側作為該直線運動壓電驅動器9的運動足作用在靜平臺7上；每兩根齒柱與水平梁形成一個空槽，該空槽中設置壓電疊堆5、預緊裝置及導向棒2;所述壓電疊堆5設置在兩組預緊裝置之間；所述預緊裝置包括兩組相向設置的預緊楔塊，每組預緊楔塊包括通過預緊螺栓6連接的上楔塊和下楔塊，通過所述預緊螺栓6調節施加在壓電疊堆5上的預緊力；兩組預緊楔塊相對的面上設有矩形槽，用于夾裝壓電疊堆5，上、下楔塊間通過斜面配合；在所述預緊裝置和彈性元件I接觸面的對應位置開有凹槽，所述導向棒2裝配在凹槽中，在預緊時自動調整接觸面的角度，避免在驅動過程中因兩接觸面不平行而產生剪切力破壞壓電疊堆5。本技術采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:本技術具有以下特點:本技術的驅動元件是一種新型的仿生式壓電驅動器，該驅動器利用壓電疊堆激勵的非共振振動模式產生彈性元件運動足的有序運動來實現驅動器的雙向直線運動，舍棄了傳統尺蠖型壓電驅動器的箝位機構及導向機構，既能保持非共振式壓電驅動器的優點，又消除了傳統尺蠖型壓電驅動器因箝位機構及導向機構帶來的缺陷，使得本技術的平面三自由度驅動平臺，具有結構簡單、精度高、行程大、負載高等優點，可實現三自由度大行程高精度的定位目標。對直線運動壓電驅動器內壓電疊堆施加有序的激勵信號，使彈性元件的三個運動足產生類似毛蟲行走的有序運動，從而實現驅動器在靜平臺上的雙向直線運動；通過組合對邊兩個壓電驅動器的同步同向直線運動可以實現平臺在平面內的二自由度直線運動；組合對邊兩個壓電驅動器的同步反向直線運動可以實現平臺在平面內繞軸線的旋轉運動；四個壓電驅動器的同步直線運動方向構成逆時針或順時針可以實現平臺在平面內繞軸線的旋轉運動。【附圖說明】圖1是本技術所述平面三自由度壓電驅動平臺的結構示意圖；圖2是本技術所述直線運動壓電驅動器的結構示意圖；圖3是本技術所述彈性元件的結構示意圖；圖4是本技術所述預緊楔塊與所述預緊螺栓的連接示意圖；圖5是本技術所述預緊楔塊的預緊原理圖；圖6是本技術所述直線運動壓電驅動器的步進原理圖；圖7是本技術所述直線運動壓電驅動器的信號圖；圖8是本技術所述平面三自由度壓電驅動平臺實現平移運動工作示意圖；圖9是本技術所述平面三自由度壓電驅動平臺實現旋轉運動工作示意圖；其中:1-彈性元件，2-導向棒，3-下楔塊，4-上楔塊，5-壓電疊堆，6-預緊螺栓，7-靜平臺，8-動平臺，9-直線運動壓電驅動器，10-聯接螺栓。【具體實施方式】本技術提供一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，為使本技術的目的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本技術進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。下面結合附圖對技術的技術方案進行詳細說明:如圖1所示，本技術的一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，包括驅動元件、動平臺以及靜平臺。其特征在于:所述驅動元件包括4個直線運動壓電驅動器，每個直線運動壓電驅動器在其對稱中心均設有通孔；所述動平臺為一四側面中心具有螺紋孔的正方形平板，4個螺栓通過孔配合將4個直線運動壓電驅動器分別聯接安裝在動平臺的四個側面；所述靜平臺依據驅動器的性能參數制定，作為驅動器的工作平面。如圖2-5所示，所述直線運動壓電驅動器包括彈性元件、導向棒、壓電疊堆、預緊楔塊、預緊螺栓；所述彈性元件具有五根齒柱和一根水平梁，五根齒柱形成的三個空槽各設置一個壓電疊堆、預緊裝置及導向棒，水平梁下方的齒柱作為運動足作用在靜平臺上；所述壓電疊堆設置在兩組預緊楔塊之間，并通過預緊螺栓調節施加在壓電疊堆上的預緊力；所述預緊楔塊由具有螺紋孔的上楔塊和具有槽的下楔塊通過斜面配合組成；所述預緊楔塊由具有當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自行式平面三自由度壓電驅動平臺，其特征在于：包括驅動元件、動平臺（8）以及靜平臺（7）；所述驅動元件包括若干個直線運動壓電驅動器（9），直線運動壓電驅動器（9）放置在靜平臺（7）上，且所述直線運動壓電驅動器（9）成對對稱設置；所述動平臺（8）固定連接在直線運動壓電驅動器（9）的中間位置，靜平臺（7）依據驅動器的性能參數制定，作為直線運動壓驅動器（9）的工作平面。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：章洪軒，王亮，舒承有，季瑞南，金家楣，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32