[发明专利]多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法，以解决现有多自由度运动平台存在的运动行程小、精度低、控制复杂等技术问题。该多自由度压电粘滑微纳定位平台由x向驱动组件、y向驱动组件、θ_z旋转组件、上壳和连接螺钉三组成；本发明通过压电叠堆的伸缩变形致使位移转换机构产生斜向力，进而驱动动子运动；当压电叠堆伸长时，可增大动、定子间的摩擦驱动力；当压电叠堆缩短时，可减小动、定子间的摩擦阻力。本发明具有大行程、高精度和控制简便的优点，在空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法，属于压电精密驱动技术领域。

背景技术

随着科技的迅速发展，传统的驱动装置已经无法满足高精度的驱动与定位要求，新型功能材料、物性效应的驱动器得到迅速发展。其中，压电驱动器基于压电元件的逆压电效应即当压电元件受到电信号作用时产生形变来实现微小位移，具有精度高、响应快、发热小、无电磁干扰等诸多优点。

驱动技术是运动平台发展的关键，其直接决定了运动平台的速度、精度和整个系统的效率。对于发展到现在的多维运动平台而言，其驱动结构大致分为电磁型电机、压电微作动器和压电马达驱动平台。其中电磁型电机技术工艺成熟、性能稳定，大量用于工业生产、社会生活中，由于只有一个方向的自由度，所以为达到多维的运动，通常的做法是利用堆叠的方式来实现。但是由于电磁电机中不可避免的摩擦的存在，导致电磁电机的稳定性差，定位精度低。压电微作动器是利用逆压电效应实现电能到机械能的转换。利用压电型微作动器开发的定位平台多将压电元件内置于柔性铰链组成的串并联柔顺机构中，通过对其施加电压的方式使其产生位移，但这种驱动方式的平台形成一般在100μm以下，很难实现大行程。压电马达驱动的运动平台无论高速型还是超低速型都结构紧凑，只有驱动部件和运动部件，没有复杂的传动系统；行程大，其行程在理论上是无限的，只与机械结构有关，可根据实际需要设计位移机构的行程；分辨率和定位精度高，压电马达断电自锁的特性有利于运动在空间位置的保持和克服微动时抵抗外界的干扰，被广泛应用于空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域。

发明内容

为解决现有多自由度运动平台存在的运动行程小、定位精度低、控制复杂等技术问题，本发明公开了一种多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法，具有大行程、高精度和控制简便的优点。

本发明所采用的技术方案是：

一种多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法，该多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法由x向驱动组件、y向驱动组件、θ_z旋转组件、上壳和连接螺钉三组成；所述y向驱动组件通过连接螺钉一与连接孔一螺纹连接固定在x向驱动组件上，θ_z旋转组件通过连接螺钉二与连接孔二螺纹连接固定在y向驱动组件上，所述连接螺钉三穿过沉头孔四与连接孔三螺纹连接，使上壳安装在θ_z旋转组件上。

所述x向驱动组件包括底座、动子一、定子组件一、安装螺钉二、加载机构、挡板、加载螺钉和固定螺钉；底座设置有排线孔一、安装螺孔一、限位螺孔、固定孔和凹槽，所述排线孔一中可放置对定子组件一、定子组件二和定子组件三施加激励信号的导线；所述加载机构置于凹槽内，加载机构与凹槽滑动接触；固定螺钉与固定孔螺纹连接，可固定挡板；动子一包括安装螺钉一、定导轨一、动导轨一、滚子和连接孔一，所述定导轨一通过安装螺钉一与安装螺孔一螺纹连接进行固定，所述滚子置于定导轨一和动导轨一之间，可支撑动导轨一；加载机构设置有加载块、限位轴和弹簧，所述限位轴端部设有螺纹，其与限位螺孔螺纹连接，所述弹簧套在限位轴上，放置在底座与加载块之间；所述加载块包括盲孔和安装螺孔二，限位轴与盲孔间隙配合；所述定子组件一固定在加载块上；所述挡板设置有加载螺孔和沉头孔一，其中加载螺孔与加载螺钉螺纹连接，可实现加载块的加载与复位；所述固定螺钉穿过沉头孔一与固定孔螺纹连接，可实现挡板的安装固定。