一种超声驱动宏微复合运动平台制造技术

本实用新型专利技术提出了一种结合了直线驱动器与超声致动驱动器的宏微复合运动平台。通过直线驱动器实现运动平台从运动开始到定位开始的中间过程的大行程上的宏运动，而在最终的小行程的微进给定位运动中，通过超声致动驱动器实现最终的高精度定位。通过二者的结合，不仅解决了超声致动驱动器在大行程上速度较慢的缺点，也克服了直线电机在高定位精度要求的情况下定位精度不足的缺陷。

An ultrasonic driven macro micro composite motion platform

The utility model provides a macro-micro composite motion platform which combines a linear actuator and an ultrasonic actuator. The macro motion of the moving platform in the middle process from the beginning of motion to the beginning of positioning is realized by linear actuator, and the final high precision positioning is achieved by ultrasonic actuator in the final small stroke micro-positioning motion. Through the combination of the two, not only the shortcoming of slow speed of ultrasonic actuator in large stroke is solved, but also the shortcoming of inadequate positioning accuracy of linear motor in high positioning accuracy is overcome.

【技术实现步骤摘要】
一种超声驱动宏微复合运动平台
本技术涉及运动平台的
，更具体地，涉及一种超声驱动宏微复合运动平台。
技术介绍
在微电子加工，超精密加工，半导体制造，航天航空科技等尖端领域中，传统的驱动装置已难以满足日益增长的加工精度的要求，科技人员都在努力寻求能够满足超精密加工精度的新型驱动器。压电陶瓷材料响应速度快，输出力大并且输出位移稳定，结构方面紧凑，体积小。而柔性铰链无机械摩擦，免润滑，运动灵敏度高，采用压电陶瓷材料的超声致动驱动器可产生超声频域的机械振动。
技术实现思路
运动平台将超声致动驱动器与柔性铰链等结构相结合，可以将压电陶瓷材料的小行程往复振动转化并积累为直线方向上的大行程运动，同时具有纳米级的分辨率，输出精度和定位精度高，响应快等特点，但是也存在运行速度较低的问题。本技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种超声驱动宏微复合运动平台，本技术采用的技术方案如下。一种超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述运动平台包括：机座、直线导轨、导轨滑块、直线驱动器、工作台、超声致动驱动器、位移检测装置和柔性铰链；所述直线导轨固定在所述机座上；所述导轨滑块设置于所述直线导轨上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器驱动所述工作台进行直线运动；所述超声致动驱动器安装在所述导轨滑块上，并通过所述柔性铰链与所述工作台连接；所述超声致动驱动器包括：超声致动装置和运动切换单元；所述超声致动装置利用压电材料的逆压电效应，通过改变装置输入的电压，实现装置的超声振动；所述运动切换单元用于实现将所述超声致动装置的超声高频振动转化为沿直线导轨方向上的进给运动；所述位移检测装置用于实时反馈所述工作台的位置；所述柔性铰链通过弹性变形在精密定位的微运动中驱动所述工作台运动。进一步，所述超声致动装置包括：两个板块和压电叠堆；所述两个板块分别安装在所述导轨滑块上，从而与固定在所述机座上的所述直线导轨进行连接；所述压电叠堆位于所述两个板块之间，并与所述两个板块连接，以实现预紧。进一步，所述运动切换单元包括紧固机构，所述紧固机构与所述超声致动装置连接；所述紧固机构包括：压电促动器和摩擦块；所述摩擦块与所述压电促动器的顶部连接；所述压电促动器在通电时，根据逆压电效应进行伸长，从而将摩擦块抵在所述直线导轨上，以增大摩擦力，实现固紧所述超声致动装置的作用。进一步，所述运动切换单元包括多个紧固机构，所述紧固机构与所述超声致动装置的所述板块连接；所述紧固机构包括：压电促动器和摩擦块；所述摩擦块与所述压电促动器的顶部连接；所述压电促动器在通电时，根据逆压电效应进行伸长，从而将摩擦块抵在所述直线导轨上，以增大摩擦力，实现固紧所述板块的作用。进一步，所述位移检测装置包括光栅位移传感器。进一步，所述直线驱动器包括：直线电机动子和直线电机定子组成；所述直线电机动子与所述工作台连接，所述直线电机动子可以通过电磁力作用驱动所述工作台进行大行程的直线运动。进一步，所述柔性铰链为可拆卸式的切口型铰链。这样，可以方便铰链的替换。进一步，所述柔性铰链为多个，且均为可拆卸式的切口型铰链；每个所述板块均至少与一个所述柔性铰链连接。进一步，所述两个板块做成一个整体。这样可以实现更好的同步效果。与现有技术相比，有益效果是：宏运动采用直线驱动器驱动，速度快，缩短从运动开始到定位开始之间过渡的时间，同时运动的行程大，增大了运动平台的有效行程。微运动采用超声致动驱动器驱动，精度高，可达到纳米级分辨率，同时响应速度快，配合柔性铰链无摩擦、运动灵敏的特性，平台所需的定位时间短，从而实现快速定位。采用宏微复合的方式将大行程速度快的直线驱动器与小行程精度高的超声致动驱动器结合起来，从而实现大行程高精密且快速定位的宏微复合运动平台。附图说明图1是本技术实施例一示意图。图2为本技术实施例一超声致动驱动器工作原理.图3为本技术的实施例二拆分结构示意图。图4为本技术的实施例二局部剖切放大示意图。附图标记说明：1.前板块、2.后板块、3.超声致动器、4.柔性铰链、5.工作台；6.机座、7.直线导轨、8.导轨滑块、9.压电促动器、10.摩擦块、11.板块Ⅰ、12.板块Ⅱ、13.板块Ⅲ、14.板块Ⅳ、15.光栅位移传感器、16.直线电机动子、17.直线电机定子、18.柔性铰链、19.压电叠堆Ⅰ、20.压电叠堆Ⅱ、21.工作台。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。本技术的基本原理如下。如图1所示，本技术所述的复合运动平台主要包含直线导轨7、导轨滑块8、机座6、工作台5、位移检测装置、直线驱动器、超声致动驱动器和柔性铰链4等部件。超声致动驱动器包含超声致动装置和运动切换单元。超声致动装置由压电陶瓷材料制成，利用压电材料的逆压电效应，通过改变装置输入的电压，实现装置的超声振动。运动切换单元用于实现将超声致动装置的超声高频振动转化为沿直线导轨方向上的进给运动。超声致动装置包括：前板块1、后板块2和超声致动器3；前板块1和后板块2分别安装在导轨滑块8上，从而与固定在机座6上的直线导轨7进行连接；超声致动器3位于两个板块之间，并与两个板块连接，以实现预紧。超声致动驱动器通过螺钉等刚性连接方式安装在导轨滑块8上，从而与固定在机座上的直线导轨进行连接。直线驱动器的定子与机座6刚性连接，直线驱动器的动子与工作台5刚性连接。超声致动驱动器3与工作台5之间通过柔性铰链4进行连接。柔性铰链通过弹性变形在精密定位的微运动中驱动运动平台。本技术所述的复合运动平台的工作原理如下：实现大行程的宏运动时，超声致动驱动器不工作，直线驱动器直接驱动整个宏微复合运动平台进行直线运动。通过位移检测装置，检测到运动平台到达目标位置的距离小于预设值时，切换为精密定位运动，此时，直线驱动器不工作，转而通过超声致动驱动器实现运动平台的精密定位运动。超声致动驱动器驱动运动平台实现微进给运动的原理图如图2所示。超声致动驱动器驱动平台运动的工作原理：S_01.微进给运动开始时，运动切换单元使后板块2固定在导轨上，如状态一所示。S_02.安装在前板块1、后板块2之间的超声致动器3处于伸长阶段，不断伸长，直至伸长到最大伸长量e，由于后板块2固定，超声致动器3将驱动前板块1运动一段位移，位移量等于超声致动器3的最大伸长量e。由于前板块1和后板块2之间的距离在超声致动器3的伸长阶段中不断增大，柔性铰链4将产生弹性形变，如状态二所示。S_03.运动切换单元使前板块1固定在导轨上，如状态三所示。S_04.运动切换单元去除对后板块2的控制，使后板块2与导轨之间不再固定。超声致动器3处于缩回状态，不断缩回，直至恢复原长，同时柔性铰链4恢复原状，驱动后板块2运动一段位移，位移量等于超声致动器3的最大伸长量e，如状态四所示。S_05.柔性铰链4从S_02.的弹性变形到S_04.的从形变中恢复，驱动工作台5运动。工作台5最终的运动位移为超声致动器3的最大伸长量e，完成一个过程的运动，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述运动平台包括：机座、直线导轨、导轨滑块、直线驱动器、工作台、超声致动驱动器、位移检测装置和柔性铰链；所述直线导轨固定在所述机座上；所述导轨滑块设置于所述直线导轨上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器驱动所述工作台进行直线运动；所述超声致动驱动器安装在所述导轨滑块上，并通过所述柔性铰链与所述工作台连接；所述超声致动驱动器包括：超声致动装置和运动切换单元；所述超声致动装置利用压电材料的逆压电效应，通过改变装置输入的电压，实现装置的超声振动；所述运动切换单元用于实现将所述超声致动装置的超声高频振动转化为沿直线导轨方向上的进给运动；所述位移检测装置用于实时反馈所述工作台的位置；所述柔性铰链通过弹性变形在精密定位的微运动中驱动所述工作台运动。

【技术特征摘要】
1.一种超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述运动平台包括：机座、直线导轨、导轨滑块、直线驱动器、工作台、超声致动驱动器、位移检测装置和柔性铰链；所述直线导轨固定在所述机座上；所述导轨滑块设置于所述直线导轨上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器驱动所述工作台进行直线运动；所述超声致动驱动器安装在所述导轨滑块上，并通过所述柔性铰链与所述工作台连接；所述超声致动驱动器包括：超声致动装置和运动切换单元；所述超声致动装置利用压电材料的逆压电效应，通过改变装置输入的电压，实现装置的超声振动；所述运动切换单元用于实现将所述超声致动装置的超声高频振动转化为沿直线导轨方向上的进给运动；所述位移检测装置用于实时反馈所述工作台的位置；所述柔性铰链通过弹性变形在精密定位的微运动中驱动所述工作台运动。2.根据权利要求1所述的超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述超声致动装置包括：两个板块和压电叠堆；所述两个板块分别安装在所述导轨滑块上，从而与固定在所述机座上的所述直线导轨进行连接；所述压电叠堆位于所述两个板块之间，并与所述两个板块连接，以实现预紧。3.根据权利要求1所述的超声驱动宏微复合运动平台，其特征在于，所述运动切换单元包括紧固机构，所述紧固机构与所述超声致动装置连接；所述紧固机构包括：压电促动器和摩擦块；所述摩擦块与所述压电促动器的顶部连接；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炫山，杨志军，陈新，白有盾，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东,44