[发明专利]基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台

说明书

本发明提供了精度运动平台技术领域一种基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台，包括静平台、介电弹性体作动器、动平台、末端执行器接口、运动控制系统、自传感系统、人机交互系统。介电弹性体作动器一端连接动平台，介电弹性体作动器另一端连接静平台，且介电弹性体作动器通电产生伸缩运动。通过协同控制多个介电弹性体作动器的运动实现多个方向的平动自由度运动。本发明通过协同控制多个介电弹性体作动器的运动，实现X、Y、Z三个方向的平动自由度运动，使用灵活多变，不受固定方向限制。通过在介电弹性体作动器上设置自传感采集电路实现运动平台的运动位置闭环控制，无须外部的传感器，不受安装空间的限制。

技术领域

本发明涉及精度运动平台技术领域，具体地，涉及一种基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台。

背景技术

高精度运动平台，它可以用于提供纳米级精度、毫米级行程的高精度运动，在原子力显微镜、微纳加工、医学等方面的微纳操作中具有广泛的应用前景。

纳米级高精度运动平台作为一种通常能够实现纳米级运动精度的驱动系统，在微纳操作，比如原子力显微镜、微纳机器人、微纳加工等领域得到了十分广泛的应用。现有的纳米级高精度运动平台主要采用压电陶瓷驱动，结合柔性铰链等传动装置，从而实现纳米级的运动精度。然而由于压电陶瓷驱动器本身变形小，导致现有的纳米级高精度运动平台通常行程都在微米级，制约着纳米级运动平台的工作空间，同时结构复杂、加工制造难度大。近年来由于软体机器人技术得到了迅猛发展，具有驱动-传动-结构-传感一体化，以及变形大的特点，为纳米级高精度运动平台的设计提供了新的思路。

经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN103170845A，公开了一种同轴宏微复合直线运动平台装置及其精度补偿方法。该专利包括有宏运动装置、微运动装置、控制装置和位置检测装置。其中宏运动装置由伺服驱动器、直线驱动模块、直线导轨、底座和宏动工作平台构成；微运动装置是由压电陶瓷驱动器或音圈电机、柔性铰链放大机构组成；柔性铰链放大机构由柔性铰链、微动工作平台、框架构成；压电陶瓷驱动器或音圈电机驱动柔性铰链放大结构，带动微动工作平台产生位移；位置检测装置实时检测宏微运动工作平台的位移信息，并将其送给所述控制装置；控制装置根据宏微运动的位移传感器检测信息，驱动微动工作平台实时补偿宏运动装置的运动。该发明就存在上述的由于利用变形小的压电陶瓷驱动器，从而制约了纳米级运动平台的工作空间的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台。

根据本发明提供的一种基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台，包括静平台、介电弹性体作动器、动平台、末端执行器接口、运动控制系统、自传感系统、人机交互系统；

所述介电弹性体作动器一端连接所述动平台，所述介电弹性体作动器另一端连接所述静平台，且所述介电弹性体作动器通电产生伸缩运动；

所述介电弹性体作动器设置有多个，通过协同控制多个所述介电弹性体作动器的运动实现多个方向的平动自由度运动；

所述动平台用于对外输出力和位移，所述动平台上设置所述末端执行器接口，所述末端执行器接口用于连接末端执行器；

所述介电弹性体作动器上集成设置有自传感器，所述介电弹性体作动器通过所述自传感器输出自传感信号，所述自传感信号通过自传感系统实现采集与处理获得所述介电弹性体作动器的输出位移与输出力；

所述介电弹性体作动器通过所述自传感信号实现运动与输出力的闭环控制，且所述介电弹性体作动器通过运动控制系统实现运动规划与控制；

所述基于介电弹性体驱动的纳米级高精度运动平台上集成设置人机交互系统用于实现人机实时交互。一些实施方式中，所述介电弹性体作动器采用高功率密度介电弹性体作动器。