[发明专利]一种基于爬行原理的压电旋转驱动平台

说明书

本发明涉及一种基于爬行原理的压电旋转驱动平台。该平台主要由两组压电驱动单元、弹簧垫片、转子、预紧螺母、螺钉轴、螺钉和底座组成，其中压电驱动单元包括压电叠堆、预紧楔块、薄壁式柔性铰链机构。两组薄壁式柔性铰链机构可实现寄生惯性运动；两个压电叠堆分别斜置安装在两个薄壁式柔性铰链机构内，通过两组薄壁式柔性铰链机构的寄生惯性运动实现转子的旋转驱动。本发明采用两组驱动单元，对两组电压进行时序控制，两组驱动单元交替工作，可消除回退现象，提高输出性能。该平台可实现高效旋转运动，可应用于精密超精密机械加工、微机电系统、微操作机器人、大规模集成电路制造、生物技术领域。

技术领域

本发明涉及精密超精密加工、微纳操作机器人、微机电系统程领域，特别涉及一种基于爬行原理的压电旋转驱动平台。

背景技术

具有微/纳米级定位精度的精密驱动技术是超精密加工与测量、光学工程、现代医疗、航空航天科技等高尖端科学技术领域中的关键技术。为实现微/纳米级的输出精度，现代精密驱动技术的应用对驱动平台的精度提出了更高要求。传统的驱动平台输出精度低，整体尺寸大，无法满足现代先进科技技术中精密系统对微/纳米级高精度和驱动平台尺寸微小的要求。压电陶瓷驱动器具有体积尺寸小、位移分辨率高、输出负载大、能量转换率高等优点，能实现微/纳米级的输出精度，已经越来越多地被应用到微定位和精密超精密加工中。现有的寄生压电驱动平台运动中会出现回退现象，大大降低平台了的输出性能。因此，有必要设计一种能消除回退现象，提高压电驱动平台输出负载的高效压电驱动平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于爬行原理的压电旋转驱动平台，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有结构简单紧凑，输出精度高，输出刚度和输出负载大，输出频率高的特点，同时能消除回退现象，实现高效旋转运动输出功能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于爬行原理的压电旋转驱动平台，包括两组压电驱动单元、弹簧垫片、转子、预紧螺母、螺钉轴、螺钉和底座，压电驱动单元包括预紧楔块、压电叠堆、薄壁式柔性铰链机构，其特征在于：所述平台利用寄生惯性原理采用两组驱动单元交替驱动实现旋转运动的精密驱动。所述薄壁式柔性铰链机构为类半圆柱形状，上下端面为半圆形，上下端面设置有安装压电叠堆的台面，上下两个端面由两个侧柱固连，侧柱的两端为薄壁式柔性铰链，压电叠堆斜置在薄壁式柔性铰链机构内，在电压控制下压电叠堆伸长，驱动柔性铰链机构做寄生惯性运动，同时提供了薄壁式柔性铰链机构与转子间的预紧力和转子旋转的驱动力。

所述平台通过对两组压电驱动单元时序控制，交替提供驱动电压，当只有一组压电驱动单元工作时，这组中的压电叠堆通电，压电叠堆缓慢伸长，通过驱动这组中的柔性铰链机构做寄生惯性运动推动转子旋转；当这组压电叠堆将要失电时，另一组压电驱动单元中的压电叠堆得电缓慢伸长，通过驱动另一组中的柔性铰链机构做寄生惯性运动推动转子继续旋转。在这个过程中，压电叠堆失电后回退至初始位置时，柔性铰链机构也回复初始状态，转子在惯性作用下保持旋转后的角度不动。这种交替驱动方式，可消除运动周期内转子的回退现象，同时大大增加输出负载，提高了输出性能。

所述的薄壁式柔性铰链机构通过螺钉安装在底座上；压电叠堆可通过预紧楔块进行预紧；预紧螺母可调节薄壁式柔性铰链机构与转子之间的初始预紧力；

所述的压电叠堆，采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT，压电信号采用锯齿波或三角波形式的压电信号时序控制压电叠堆，使压电叠堆按时序缓慢伸长，推动柔性铰链机构交替做寄生惯性运动，从而实现转子的旋转运动。

本发明的主要优势在于：利用寄生惯性运动原理，采用两组压电驱动单元按照时序交替工作，消除了运动过程中的回退现象。本发明大大提高了驱动平台的输出负载，同时实现转子的旋转运动，具有驱动可靠性高、平稳性好、工作效率高等优势。可应用于精密超精密加工、微操作机器人、微机电系统、大规模集成电路制造、生物技术等重要科学工程领域。本发明结构简单、布置紧凑、运动稳定，具有效率高、投资少、效益高等优势，应用前景较为广阔。

附图说明