[发明专利]四自由度压电载物台及其激励方法

说明书

本发明是四自由度压电载物台及其激励方法。本发明解决了目前载物台自由度单一、行程不足和结构尺寸不够紧凑的技术问题。所述压电载物台包括运动平台(1)、多个驱动单元(2)、固定夹块(3)、纵向导轨(4)、横向导轨(5)以及基座(6)，其中驱动单元(2)为主要驱动元件，用以产生弯曲变形和伸缩变形，带动驱动足驱动运动平台(1)沿空间三个正交方向的直线运动以及绕其轴线的旋转运动。基于本发明中的激励方法，所述压电载物台可以实现大尺度的运动。本发明适用于不同的工作条件和应用需求，具有良好的可扩展性，增加驱动单元(2)的个数可以显著增大压电载物台的负载能力。

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，是一种四自由度压电载物台及其激励方法。

背景技术

压电驱动器是一种利用压电材料的逆压电效应，将输入的电能转换为机械能输出的装置。压电驱动装置具有响应速度快、电磁兼容性优异、分辨力高等优点，目前已经应用在精密仪器设备、航空航天、高端装备制造等技术领域。

伴随超精密制造、细胞科学以及微纳米技术的发展，可以实现超精密运动的驱动器受到了广泛的研究，其中压电驱动的超精密驱动器占有重要地位。由于目前较为成熟的精密压电驱动装置普遍存在运动自由度数目较少、激励方法单一的问题，因此发明一种可以实现多自由度超精密运动的载物台在样品定位等领域具有十分广泛的应用前景，这对于促进有此需求的相关技术领域的发展甚至压电驱动技术本身的进步都有一定的促进作用。

发明内容

本发明为解决现有存在的问题，提供了一种四自由度压电载物台及其激励方法，本发明提供了以下技术方案：

一种四自由度压电载物台，所述载物台包括运动平台1、n个驱动单元2、固定夹块3、纵向导轨4、横向导轨5和基座6，所述驱动单元2与基座3固定连接，n为大于1的整数，增大n用以实现负载能力的倍增，所述n个驱动单元2与固定夹块3之间固定连接，所述n个驱动单元2固定于固定夹块3的平面上，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2-4之间固定连接，所述n个驱动单元2中至少有两个驱动单元2处于正交的空间位置，所述基座6保持固定，所述运动平台1输出四自由度运动。

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而成，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而成，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，所述固定夹块3上设有中心轴或者中心孔，并与所述运动平台1上的中心孔或者中心轴配合，所述n个驱动单元2的驱动足2-1中，至少有一个驱动足2-1通过固定夹块3压紧在基座6上，且至少有一个驱动足2-1通过固定夹块3压紧在运动平台1上。

一种四自由度压电载物台的激励方法，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沿着与基座6平面垂直的竖直方向做双向直线运动；

步骤四：运动平台1绕着与基座6平面垂直的竖直方向做双向旋转运动；

以上四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，且至少有一个驱动足2-1压紧在基座6上，至少有一个驱动足2-1压紧在运动平台1上，所述步骤一至步骤四的具体方法如下：