结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台制造技术

本发明专利技术公开了结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台以及动台面，动台面的下方设有两条挡条，两条挡条之间设置有钳位和驱动机构，第一驱动组和第二驱动组通过支架连接；第一钳位组和第一驱动组之间，以及第二驱动组和第二钳位组之间分别通过桥接部连接；第一钳位组和第二钳位组沿着垂直于挡条方向作伸缩钳位运动，第一驱动组和第二驱动组分别沿着挡条的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组、第一驱动组、第二钳位组和第二驱动组的时序控制使动台面作尺蠖式行走和定位。本发明专利技术结构紧凑、动台面大、钳位与驱动机构一体化、对钳位与驱动机构的加工和装配精度要求低、钳位和释放充分、可断电钳位、运动速度快、运动误差小。

Piezoelectric inchworm linear platform with full displacement amplification driven by structure integration in situ

【技术实现步骤摘要】
结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台
本专利技术属于纳米定位
，涉及大行程、高分辨率的纳米定位平台，特别涉及结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台。
技术介绍
压电尺蠖直线平台是一种大行程、高分辨的精密定位平台。它基于仿生学中的尺蠖爬行原理，将压电执行器的微小位移不断累加，从而成为连续的大行程位移。相对于电磁式直线电机型平台，压电尺蠖直线平台具有体积小、不发热，易于控制，不存在端部效应及推力波动等优点；相对于超声谐振式、惯性驱动式等压电直线平台，具有输出力大、功率密度大、定位稳定、无摩擦磨损等优点。因此，在大行程、高分辨率、精密定位领域，压电尺蠖直线平台更具有优势。但目前的压电尺蠖直线平台还存在以下不足：1)采用外钳位方式(即钳位机构位于动台面的外侧)对动台面进行钳位，平台结构不紧凑、动台面小；2)结构为分体式，即先分别设计、制作出钳位机构、驱动机构，然后再将它们装配成一体，不仅装配和调节过程复杂，而且会降低钳位机构与驱动机构之间的接触刚度，增大阻尼，进而使平台的固有频率降低，动态响应特性变差；3)钳位单元的钳位位移或释放位移为其中的压电执行器的输出位移，而压电执行器的输出位移很小，为使钳位单元能够可靠地钳位与释放，就要求钳位单元及驱动单元要有非常高的加工及装配精度；4)钳位单元的输出位移较小，会使钳位单元不能充分钳位或释放动台面，而动台面不能充分钳位，其受到的钳位力就会较小，运动稳定性就会降低；动台面不能被充分释放，就会产生严重的摩擦磨损，降低平台的寿命；r>5)平台不能自锁（即不能断电钳位），就是平台在不工作时，动台面不能被钳位单元夹紧；6)驱动机构在工作过程中也做直线运动，从而使平台的运动质量变大，不利于平台的快速移动；7)驱动单元的单步位移为其中的压电执行器的输出位移，往往很小，从而使平台的运动速度较低；8)没有专门的导向机构，平台的定位动精度取决于钳位机构和驱动机构的加工及装配精度，为使平台具有较小的运动误差，钳位机构和驱动机构的加工及装配精度就要很高，这就使得平台在实现高运动精度方面相对困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供结构紧凑、动台面大、钳位与驱动机构一体化、对钳位机构和驱动机构加工和装配精度要求低、钳位和释放充分、可断电钳位、运动速度快、运动误差小的结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台以及通过交叉滚柱导轨滑动连接的动台面，动台面的下方设有两条分别与交叉滚柱导轨平行的挡条，且挡条设于两条交叉滚柱导轨之间；两条挡条之间沿着挡条长度方向顺次设置有第一钳位组、第一驱动组、第二驱动组和第二钳位组，定平台包括连接第一驱动组和第二驱动组的支架；第一钳位组和第一驱动组之间，以及第二驱动组和第二钳位组之间分别通过桥接部连接；第一钳位组和第二钳位组沿着垂直于挡条方向作伸缩钳位运动，第一驱动组和第二驱动组分别沿着挡条的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组、第一驱动组、第二钳位组和第二驱动组的时序控制使动台面作尺蠖式行走和定位。为优化上述技术方案，采取的措施还包括：优选的方案中，第一钳位组与第二钳位组的结构相同，分别包括两个分设于连接部两侧的呈菱形的钳位桥式放大单元，以及设于钳位桥式放大单元内的释放用压电执行器，释放用压电执行器的伸缩方向与挡条的长度方向一致，释放用压电执行器的伸缩端顶配于钳位桥式放大单元内；第一驱动组与第二驱动组的结构相同，分别包括两个分设于连接部两侧的呈菱形的驱动桥式放大单元，以及设于驱动桥式放大单元内的驱动用压电执行器，驱动用压电执行器的伸缩方向垂直于挡条的长度方向，驱动用压电执行器的伸缩端顶配于驱动桥式放大单元内。优选的方案中，钳位桥式放大单元包括顶设于释放用压电执行器两个伸缩端的第一刚性块和第二刚性块，设于释放用压电执行器侧方用于钳位挡条的第三刚性块，以及顺次连接第一刚性块、第三刚性块、第二刚性块和桥接部的钳位柔性薄板；驱动桥式放大单元包括顶设于驱动用压电执行器两个伸缩端的第四刚性块和第五刚性块，以及顺次连接第四刚性块、桥接部、第五刚性块和支架的驱动柔性薄板。优选的方案中，定平台设有位于桥接部延伸方向的基座，基座与桥接部之间连有防止第一钳位组和第二钳位组上下翻动的弹性件。优选的方案中，弹性件为柔性折叠梁，柔性折叠梁为横向的弯折结构。优选的方案中，定平台、基座、柔性折叠梁、钳位桥式放大单元、桥接部、支架和驱动桥式放大单元为一体成型结构。优选的方案中，交叉滚柱导轨包括动导轨和定导轨，动台面设有顶配于动导轨上端面的第一凸条；定平台设有用于放置交叉滚柱导轨的安装槽，安装槽内设有顶配于定导轨下端面的第二凸条，安装槽的侧壁设有方便置入导轨预紧螺钉的侧孔；动导轨的下端旋设有将动导轨固定于动台面的第三螺钉，定导轨的上端旋设有将定导轨固定于定平台的第四螺钉，动台面设有方便调节第四螺钉的通孔。与现有技术相比，本专利技术的结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台以及动台面，动台面的下方设有两条挡条，两条挡条之间设置有第一钳位组、第一驱动组、第二驱动组和第二钳位组，第一驱动组和第二驱动组通过支架连接；第一钳位组和第一驱动组之间，以及第二驱动组和第二钳位组之间分别通过桥接部连接；第一钳位组和第二钳位组沿着垂直于挡条方向作伸缩钳位运动，第一驱动组和第二驱动组分别沿着挡条的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组、第一驱动组、第二钳位组和第二驱动组的时序控制使动台面作尺蠖式行走和定位。本专利技术的优点是：1)采用内钳位方式(即钳位机构位于动台面两挡条之间)对动台面进行钳位，平台结构紧凑、动台面大；2)钳位机构和驱动机构为一体成型机构，不仅免去了将钳位机构和驱动机构结合起来的装配和调节过程，而且还能避免通过装配将钳位机构和驱动机构结合起来这种方式所造成的降低接触刚度，增加阻尼，进而使平台固有频率降低，动态响应特性变差的不足；3)钳位单元为桥式放大机构，它能将其中的压电执行器的输出位移放大3以上，这就会使钳位单元能够充分地对动台面进行钳位及释放，进而能降低对钳位单元及驱动单元的加工及装配精度的要求；4)由于钳位单元的输出位移变大，一方面会使动台面在被钳位单元钳位时所受到的钳位力变大，平台运动的稳定性就会提高；另一方面会使钳位单元在释放动台面时能够彻底松开动台面，二者之间不会产生摩擦磨损，进而能提高平台的寿命；5)当平台不工作时，释放用压电执行器不通电，动台面被钳位单元钳位而不能运动，这就实现了平台的自锁，即断电钳位；6)驱动单元也为桥式放大单元，它也能将其中的压电执行器的输出位移放大3倍以上，这就使驱动单元的单步位移增大，进而使平台的运动速度提高；7)目前的压电尺蠖直线平台的动台面在一个运动周期内仅能移动一步，而本专利技术采用第一驱动组和第二驱动组组成的双驱动组驱动，能使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台(1)以及通过交叉滚柱导轨(4)滑动连接的动台面(2)，其特征是：所述的动台面(2)的下方设有两条分别与所述的交叉滚柱导轨(4)平行的挡条(23)，且所述的挡条(23)设于两条交叉滚柱导轨(4)之间；两条挡条(23)之间沿着挡条(23)长度方向顺次设置有第一钳位组(12)、第一驱动组(5)、第二驱动组(6)和第二钳位组(13)，所述的定平台(1)包括连接第一驱动组(5)和第二驱动组(6)的支架(14)；所述的第一钳位组(12)和第一驱动组(5)之间，以及第二驱动组(6)和第二钳位组(13)之间分别通过桥接部(15)连接；所述的第一钳位组(12)和第二钳位组(13)沿着垂直于挡条(23)方向作伸缩钳位运动，第一驱动组(5)和第二驱动组(6)分别沿着挡条(23)的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组(12)、第一驱动组(5)、第二钳位组(13)和第二驱动组(6)的时序控制使动台面(2)作尺蠖式行走和定位。/n

【技术特征摘要】
1.结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台(1)以及通过交叉滚柱导轨(4)滑动连接的动台面(2)，其特征是：所述的动台面(2)的下方设有两条分别与所述的交叉滚柱导轨(4)平行的挡条(23)，且所述的挡条(23)设于两条交叉滚柱导轨(4)之间；两条挡条(23)之间沿着挡条(23)长度方向顺次设置有第一钳位组(12)、第一驱动组(5)、第二驱动组(6)和第二钳位组(13)，所述的定平台(1)包括连接第一驱动组(5)和第二驱动组(6)的支架(14)；所述的第一钳位组(12)和第一驱动组(5)之间，以及第二驱动组(6)和第二钳位组(13)之间分别通过桥接部(15)连接；所述的第一钳位组(12)和第二钳位组(13)沿着垂直于挡条(23)方向作伸缩钳位运动，第一驱动组(5)和第二驱动组(6)分别沿着挡条(23)的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组(12)、第一驱动组(5)、第二钳位组(13)和第二驱动组(6)的时序控制使动台面(2)作尺蠖式行走和定位。


2.根据权利要求1所述的结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，其特征是：所述的第一钳位组(12)与所述的第二钳位组(13)的结构相同，分别包括两个分设于连接部两侧的呈菱形的钳位桥式放大单元(72)，以及设于钳位桥式放大单元(72)内的释放用压电执行器(71)，所述的释放用压电执行器(71)的伸缩方向与挡条(23)的长度方向一致，所述的释放用压电执行器(71)的伸缩端顶配于钳位桥式放大单元(72)内；
所述的第一驱动组(5)与所述的第二驱动组(6)的结构相同，分别包括两个分设于连接部两侧的呈菱形的驱动桥式放大单元(82)，以及设于驱动桥式放大单元(82)内的驱动用压电执行器(81)，所述的驱动用压电执行器(81)的伸缩方向垂直于所述的挡条(23)的长度方向，所述的驱动用压电执行器(81)的伸缩端顶配于驱动桥式放大单元(82)内。


3.根据权利要求2所述的结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，其特征是：所述的钳位桥式放大单元(72)包括顶设于释放用压电执行器(71)两个伸缩端的第一刚性块(721)和第二刚性块(72...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉国，刘尔春，杨依领，马剑强，张志豪，惠相君，周鹏飞，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33