[发明专利]一种超声驱动宏微复合运动平台

说明书

技术领域

本发明涉及运动平台的技术领域，更具体地，涉及一种超声驱动宏微复合运动平台。

背景技术

在微电子加工，超精密加工，半导体制造，航天航空科技等尖端领域中，传统的驱动装置已难以满足日益增长的加工精度的要求，科技人员都在努力寻求能够满足超精密加工精度的新型驱动器。压电陶瓷材料响应速度快，输出力大并且输出位移稳定，结构方面紧凑，体积小。而柔性铰链无机械摩擦，免润滑，运动灵敏度高，采用压电陶瓷材料的超声致动驱动器可产生超声频域的机械振动。

发明内容

运动平台将超声致动驱动器与柔性铰链等结构相结合，可以将压电陶瓷材料的小行程往复振动转化并积累为直线方向上的大行程运动，同时具有纳米级的分辨率，输出精度和定位精度高，响应快等特点，但是也存在运行速度较低的问题。

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种超声驱动宏微复合运动平台，本发明采用的技术方案如下。

一种超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述运动平台包括：机座、直线导轨、导轨滑块、直线驱动器、工作台、超声致动驱动器、位移检测装置和柔性铰链；所述直线导轨固定在所述机座上；所述导轨滑块设置于所述直线导轨上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器驱动所述工作台进行直线运动；所述超声致动驱动器安装在所述导轨滑块上，并通过所述柔性铰链与所述工作台连接；所述超声驱动器包括：超声致动装置和运动切换单元；所述超声致动装置利用压电材料的逆压电效应，通过改变装置输入的电压，实现装置的超声振动；所述运动切换单元用于实现将所述超声致动装置的超声高频振动转化为沿直线导轨方向上的进给运动；所述位移检测装置用于实时反馈所述工作台的位置；所述柔性铰链通过弹性变形在精密定位的微运动中驱动所述工作台运动。

进一步，所述超声致动装置包括：两个板块和压电叠堆；所述两个板块分别安装在所述导轨滑块上，从而与固定在所述机座上的所述直线导轨进行连接；所述压电叠堆位于所述两个板块之间，并与所述两个板块连接，以实现预紧。

进一步，所述运动切换单元包括紧固机构，所述紧固机构与所述超声致动装置连接；所述紧固机构包括：压电促动器和摩擦块；所述摩擦块与所述压电促动器的顶部连接；所述压电促动器在通电时，根据逆压电效应进行伸长，从而将摩擦块抵在所述直线导轨上，以增大摩擦力，实现固紧所述超声致动装置的作用。

进一步，所述运动切换单元包括多个紧固机构，所述紧固机构与所述超声致动装置的所述板块连接；所述紧固机构包括：压电促动器和摩擦块；所述摩擦块与所述压电促动器的顶部连接；所述压电促动器在通电时，根据逆压电效应进行伸长，从而将摩擦块抵在所述直线导轨上，以增大摩擦力，实现固紧所述板块的作用。

进一步，所述位移检测装置包括光栅位移传感器。

进一步，所述直线驱动器包括：直线电机动子和直线电机定子组成；所述直线电机动子与所述工作台连接，所述直线电机动子可以通过电磁力作用驱动所述工作台进行大行程的直线运动。

进一步，所述柔性铰链为可拆卸式的切口型铰链。这样，可以方便铰链的替换。

进一步，所述柔性铰链为多个，且均为可拆卸式的切口型铰链；每个所述板块均至少与一个所述柔性铰链连接。

进一步，所述两个板块做成一个整体。这样可以实现更好的同步效果。

与现有技术相比，有益效果是：宏运动采用直线驱动器驱动，速度快，缩短从运动开始到定位开始之间过渡的时间，同时运动的行程大，增大了运动平台的有效行程。微运动采用超声致动驱动器驱动，精度高，可达到纳米级分辨率，同时响应速度快，配合柔性铰链无摩擦、运动灵敏的特性，平台所需的定位时间短，从而实现快速定位。采用宏微复合的方式将大行程速度快的直线驱动器与小行程精度高的超声致动驱动器结合起来，从而实现大行程高精密且快速定位的宏微复合运动平台。

附图说明

图1是本发明实施例一示意图。

图2为本发明实施例一超声致动驱动器工作原理.

图3为本发明的实施例二拆分结构示意图。

图4为本发明的实施例二局部剖切放大示意图。

附图标记说明：1.前板块、2.后板块、3.超声致动器、4.柔性铰链、5.工作台；6.机座、7.直线导轨、8.导轨滑块、9.压电促动器、10.摩擦块、11.板块Ⅰ、12.板块Ⅱ、13.板块Ⅲ、14.板块Ⅳ、15.光栅位移传感器、16.直线电机动子、17.直线电机定子、18.柔性铰链、19.压电叠堆Ⅰ、20.压电叠堆Ⅱ、21.工作台。