一种高精度位置补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种高精度位置补偿装置，属于微动操作技术领域。它包括底座、运动机构和运动面，所述底座与运动机构的固定端刚性连接，所述运动机构的运动端与运动面刚性连接，所述运动机构数量为多个，多个运动机构沿圆周方向均匀分布，每个运动机构均为单独驱动控制，所述底座与运动机构及运动机构与运动面均为螺纹连接，所述运动机构的数量为2

【技术实现步骤摘要】
一种高精度位置补偿装置


[0001]本专利技术属于微动操作
，特别是涉及一种高精度位置补偿装置。

技术介绍

[0002]传统的依靠电机驱动的定位结构存在分辨率低、响应频率慢、体积大、摩擦大、噪音大等问题，限制了定位结构更高精度的发展，而压电材料因为具备位移输出精度高，响应快，分辨率高，驱动力大的特点，非常适合用于高精度定位台的驱动源。目前利用压电驱动的定位台，普遍存在误差累计大，带载能力差，运动耦合明显等问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种高精度位置补偿装置，以解决现有技术中存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高精度位置补偿装置，它包括底座、运动机构和运动面，所述底座与运动机构的固定端刚性连接，所述运动机构的运动端与运动面刚性连接，所述运动机构数量为多个，多个运动机构沿圆周方向均匀分布，每个运动机构均为单独驱动控制。
[0005]更进一步的，所述底座与运动机构及运动机构与运动面均为螺纹连接。
[0006]更进一步的，所述运动机构的数量为2
‑
4个。
[0007]更进一步的，所述运动机构包括放大式促动器主体和压电陶瓷，所述放大式促动器主体包括陶瓷左固定端、四个柔性铰链、下圆弧凸台、陶瓷右固定端和上圆弧凸台，所述陶瓷左固定端、上圆弧凸台、陶瓷右固定端和下圆弧凸台顺次连接形成闭环式中空腔，且陶瓷左固定端与上圆弧凸台的左端之间、上圆弧凸台的右端与陶瓷右固定端之间、陶瓷右固定端与下圆弧凸台的右端之间及下圆弧凸台的左端与陶瓷左固定端之间分别通过一柔性铰链连接，所述上圆弧凸台和下圆弧凸台上下对称布置，四个柔性铰链在两个圆弧凸台的左右两侧对称布置，所述压电陶瓷的两端分别与陶瓷左固定端和陶瓷右固定端接触，且陶瓷左固定端和陶瓷右固定端的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链、上圆弧凸台和下圆弧凸台的外侧面均为平面，在放大式促动器主体的上表面贴有若干应变传感器。
[0008]更进一步的，所述陶瓷左固定端和陶瓷右固定端的中心连线与水平线夹角α为3
‑
20
°
，所述放大式促动器主体的左右两侧自上表面至下表面贯穿对称布置四个螺纹孔，左右两侧的螺纹孔分别为第一螺纹孔和第二螺纹孔，所述第一螺纹孔通过螺钉配合与底座相连，所述第二螺纹孔通过螺钉配合与运动面相连，所述压电陶瓷为低压叠堆共烧压电陶瓷，所述压电陶瓷的长度大于陶瓷左固定端的端面和陶瓷右固定端的端面之间的垂直距离。
[0009]更进一步的，所述应变传感器设置四个，且两两一组对称布置，四个应变传感器对应四个柔性铰链处布置，所述四个柔性铰链分别为柔性铰链一、柔性铰链二、柔性铰链三和柔性铰链四，所述柔性铰链的厚度为0.2
‑
1mm，所述上圆弧凸台、下圆弧凸台两侧与相应的柔性铰链均为一体制成。
[0010]更进一步的，所述运动机构包括放大式促动器主体和压电陶瓷，所述放大式促动器主体包括陶瓷左固定端、柔性铰链、左柔性臂、促动器运动端、右柔性臂、陶瓷右固定端和促动器固定端，所述陶瓷左固定端、促动器运动端、陶瓷右固定端和陶瓷左固定端顺次连接形成闭环式中空腔，且陶瓷左固定端与促动器运动端的左端之间、促动器运动端的右端与陶瓷右固定端之间、陶瓷右固定端与促动器固定端的右端之间及促动器固定端的左端与陶瓷左固定端之间分别通过柔性铰链连接，所述放大式促动器主体为左右对称结构，所述压电陶瓷的两端分别与陶瓷左固定端和陶瓷右固定端接触，左、右柔性臂分别与促动器固定端及促动器运动端连接，所述左柔性臂和右柔性臂的外侧面均为平面，在左柔性臂和右柔性臂的上表面贴有若干应变传感器。
[0011]更进一步的，所述左柔性臂和右柔性臂的厚度取值小于1mm，所述促动器固定端上布置三个第一螺纹孔，第一螺纹孔通过螺钉配合与底座相连，所述促动器运动端上布置一个第二螺纹孔，所述第二螺纹孔通过螺钉配合与运动面相连。
[0012]更进一步的，所述压电陶瓷为低压叠堆共烧压电陶瓷，所述压电陶瓷的长度大于陶瓷左固定端的端面和陶瓷右固定端的端面之间的垂直距离。
[0013]更进一步的，所述应变传感器设置八个，且两两一组对称布置，所述柔性铰链包括柔性铰链一、柔性铰链二、柔性铰链三和柔性铰链四，所有柔性铰链的厚度为0.2
‑
1mm，所述左柔性臂和右柔性臂分别与促动器运动端的上半部分连接，柔性铰链一和柔性铰链四与促动器运动端的底端连接。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在不增加控制算法难度的基础上，提高了使用的可靠性，保证高精度的同时，强化了整个结构的力学性能，闭环定位精度高，具有亚毫秒范围的响应时间。
[0015]本专利技术通过多个运动机构组成多点支撑，提高力学性能，加强带载能力。运动机构分别驱动控制，每个机构都配有传感装置，可以实时调整电压，进而调整直线位移，可以让与其固定的运动面平稳运行，且多点支撑点位移高度一致，避免出线运动耦合现象。以三组运动机构作为支点为最佳，确认一个平面，根据不同的重量以及带载能力需求，可以调整机构数量。本专利技术可以串联集成其他偏摆自由度，减少误差累计，较于并联控制，控制算法简单，易实现。
[0016]运动机构利用压电技术的逆压电效应原理，配合放大式促动器主体的结构设计，从而达到小体积、高精度、无耦合、传动速度快等特点。产品重量更轻、结构更优化、加工更容易、装配也更简单。采用传感器对位置进行实时检测反馈，可以实时对位移进行精密调整，实现纳米级的精密定位控制。响应速度非常快，可实现低于1ms的阶跃时间。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1为本专利技术所述的一种高精度位置补偿装置三点支撑布局结构示意图；
[0019]图2为本专利技术所述的一种高精度位置补偿装置两点支撑布局结构示意图；
[0020]图3为本专利技术所述的一种高精度位置补偿装置四点支撑布局结构示意图；
[0021]图4为本专利技术所述的运动机构方案一的仰视结构示意图；
[0022]图5为本专利技术所述的运动机构方案一的主视结构示意图；
[0023]图6为本专利技术所述的运动机构方案一的俯视结构示意图；
[0024]图7为本专利技术所述的运动机构方案二的仰视结构示意图；
[0025]图8为本专利技术所述的运动机构方案二的主视结构示意图；
[0026]图9为本专利技术所述的运动机构方案二的俯视结构示意图。
[0027]1：底座，2：运动机构，3：运动面，11：放大式促动器主体，12：压电陶瓷，13：应变传感器，14
‑
1：第一螺纹孔，14
‑
2：第二螺纹孔，15
‑
1：陶瓷左固定端，15
‑
2：陶瓷右固定端，16
‑
1：柔性铰链一，16
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度位置补偿装置，其特征在于：它包括底座(1)、运动机构(2)和运动面(3)，所述底座(1)与运动机构(2)的固定端刚性连接，所述运动机构(2)的运动端与运动面(3)刚性连接，所述运动机构(2)数量为多个，多个运动机构(2)沿圆周方向均匀分布，每个运动机构(2)均为单独驱动控制。2.根据权利要求1所述的一种高精度位置补偿装置，其特征在于：所述底座(1)与运动机构(2)及运动机构(2)与运动面(3)均为螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种高精度位置补偿装置，其特征在于：所述运动机构(2)的数量为2
‑
4个。4.根据权利要求1所述的一种高精度位置补偿装置，其特征在于：所述运动机构(2)包括放大式促动器主体(11)和压电陶瓷(12)，所述放大式促动器主体(11)包括陶瓷左固定端(15
‑
1)、四个柔性铰链、下圆弧凸台(17
‑
1)、陶瓷右固定端(15
‑
2)和上圆弧凸台(17
‑
2)，所述陶瓷左固定端(15
‑
1)、上圆弧凸台(17
‑
2)、陶瓷右固定端(15
‑
2)和下圆弧凸台(17
‑
1)顺次连接形成闭环式中空腔，且陶瓷左固定端(15
‑
1)与上圆弧凸台(17
‑
2)的左端之间、上圆弧凸台(17
‑
2)的右端与陶瓷右固定端(15
‑
2)之间、陶瓷右固定端(15
‑
2)与下圆弧凸台(17
‑
1)的右端之间及下圆弧凸台(17
‑
1)的左端与陶瓷左固定端(15
‑
1)之间分别通过一柔性铰链连接，所述上圆弧凸台(17
‑
2)和下圆弧凸台(17
‑
1)上下对称布置，四个柔性铰链在两个圆弧凸台的左右两侧对称布置，所述压电陶瓷(12)的两端分别与陶瓷左固定端(15
‑
1)和陶瓷右固定端(15
‑
2)接触，且陶瓷左固定端(15
‑
1)和陶瓷右固定端(15
‑
2)的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链、上圆弧凸台(17
‑
2)和下圆弧凸台(17
‑
1)的外侧面均为平面，在放大式促动器主体(11)的上表面贴有若干应变传感器(13)。5.根据权利要求4所述的一种高精度位置补偿装置，其特征在于：所述陶瓷左固定端(15
‑
1)和陶瓷右固定端(15
‑
2)的中心连线与水平线夹角α为3
‑
20
°
，所述放大式促动器主体(11)的左右两侧自上表面至下表面贯穿对称布置四个螺纹孔，左右两侧的螺纹孔分别为第一螺纹孔(14
‑
1)和第二螺纹孔(14
‑
2)，所述第一螺纹孔(14
‑
1)通过螺钉配合与底座(1)相连，所述第二螺纹孔(14
‑
2)通过螺钉配合与运动面(3)相连，所述压电陶瓷(12)为低压叠堆共烧压电陶瓷，所述压电陶瓷(12)的长度大于陶瓷左固定端(15
‑
1)的端面和陶瓷右固定端(15
‑
2)的端面之间的垂直距离。6.根据权利要求4所述的一种高精度位置补偿装置，其特征在于：所述应变传感器(13)设置四个，且两两一组对称布置，四个应变传感器(13)对应四个柔性铰链处布置，所述四个柔性铰链分别为柔性铰链一(16
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨明远，郑立双，闫更辉，赵璇，陈峰，
申请(专利权)人：哈尔滨芯明天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：