[发明专利]压电驱动的超精密三自由度平面运动平台及其激励方法

说明书

本发明是压电驱动的超精密三自由度平面运动平台及其激励方法。本发明解决了多数平面三自由度运动平台结构复杂、精度不足以及激励方法单一的技术问题。所述平台包括运动平台(1)、多个驱动单元(2)以及基座(3)，其中驱动单元(2)为主要驱动元件，通过控制多个驱动单元(2)的运动方向和时序来驱动运动平台(1)的平面内三自由度运动。基于本发明中的激励方法，所述运动平台(1)可以实现大行程的超精密运动。本发明中的运动平台结构简单紧凑，激励方法灵活多样，便于应用在多种需要精密定位和调姿的技术领域。

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，是一种压电驱动的超精密三自由度平面运动平台及其激励方法。

背景技术

在超精密驱动技术领域，压电驱动是一种利用压电材料的逆压电效应实现致动输出的驱动方式。压电材料的逆压电效应具有高精度和快速响应的特点，因此压电驱动装置具有分辨力高、无电磁干扰、响应速度快以及结构多样的优势，是目前受到广泛关注和研究的精密驱动方式。

目前较为成熟的精密压电驱动装置多数只能实现单自由度或两自由度驱动，要实现更多自由度的运动往往采用多装置串联的方式，这就带来了体积庞大和结构复杂的缺点。在细胞操作、高密度芯片以及精密光学等技术领域，能够实现超高精度且具有简单结构和可靠工作能力的驱动装置是所迫切需求的。因此发明一种结构简单紧凑、激励方法易于实现的精密压电驱动装置不仅可以满足这些技术领域对于超精密驱动装置的需求，对于促进精密压电驱动技术的发展也具有重要的意义。

发明内容

本发明为解决现有存在的问题，提供了一种压电驱动的超精密三自由度平面运动平台及其激励方法，本发明提供了以下技术方案：

一种压电驱动的超精密三自由度平面运动平台，所述平台包括运动平台1、n个驱动单元2和基座3，n为大于1的整数，所述驱动单元2与基座3固定连接，所述n个驱动单元2在基座3平面上呈圆周分布，所述驱动单元2包括驱动足2-1、双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘块2-3和层叠式直线型压电驱动器2-4，所述驱动足2-1、双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘块2-3和层叠式直线型压电驱动器2-4沿驱动单元2的轴线方向依次固定连接，所述运动平台1下表面通过外置支撑装置紧压在n个驱动足2-1上，所述基座3保持固定，所述运动平台1输出平面内三自由度运动。

优选地，所述驱动单元2为能量转换元件，通过驱动单元2实现输入电能向输出机械能的转换。

优选地，所述双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2由多片压电陶瓷固定连接形成，每片压电陶瓷包含四个极化分区，在对其施加激励电压信号后将带动驱动足2-1沿两个正交方向做摆动运动，所述层叠式直线型压电驱动器2-4由多片压电陶瓷固定连接形成，每片压电陶瓷包含一个极化分区，在对其施加激励电压信号后将带动驱动足2-1沿自身轴线方向做直线运动。

优选地，所述运动平台1与驱动足2-1之间通过外置支撑装置接触压紧，所述外置支撑装置包括球轴承压紧、电磁力吸引、流体动压力压紧或者流体静压力压紧。

一种压电驱动的超精密三自由度平面运动平台的激励方法，包括以下步骤：

步骤一：运动平台1沿基座6平面内水平方向做双向直线运动；

步骤二：运动平台1沿基座6平面内纵深方向做双向直线运动；

步骤三：运动平台1绕着与基座6平面垂直的轴线方向做双向旋转运动；

以上三个步骤的先后顺序根据需要自由调整。

优选地，当驱动单元2的个数n为大于1的整数时，所述步骤一至步骤三的具体方法如下：

所述步骤一、运动平台1沿基座6平面内水平方向做双向直线运动的具体方法为：