两自由度大行程高速高精度定位平台制造技术

本发明专利技术涉及一种两自由度大行程高速高精度定位平台，属于机电类。结构包括相互配合的导轨及由导轨带动的工作台，工作台通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧和定位；导轨通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧。优点在于：大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电类，特别涉及一种应用于精密加工机床、材料试件纳米力学性能 的检测、微机电系统、精密光学、航空航天和机器人等领域的两自由度大行程高速高精度定 位平台。
技术介绍
近年来，随着微电子学、生命科学、医药卫生、生物化学、半导体、光学、数据存储、 超精密机械及其制造以及精密测量等学科的迅猛发展，人们对微纳米级的精密定位技术和 微纳米级的精密驱动技术有着越来越多的需求。因此各种具有精密定位或具有精密驱动的 驱动器被开发研制出来。传统的驱动器一般采用步进电机带动滚珠丝杠实现精密定位或精 密驱动，或者采用手动细牙螺纹视线定位或驱动，近年来，随着压电驱动技术的发展，以压 电陶瓷为动力转换元件的精密定位或精密驱动的惯性冲击式驱动器脱颖而出。传统的驱动器存在结构尺寸大、步进精度低、而且往返重复定位精度低、高精度的 滚珠丝杠加工困难等缺点；此外其中也有一些驱动器输出稳定、精度高，但行程小，只有几 十微米，严重限制了其应用的范围。因此有必要设计一种定位精度和重复定位精度均较高， 同时具有较大行程的驱动器。
技术实现思路
本专利技术提供一种两自由度大行程高速高精度定位平台，解决了上述问题。本专利技术 结构简单，容易实现，通过对压电体随所施加激励信号的控制，可以实现驱动器的高精度、 大行程等功能。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是两自由度大行程高速高精度定位平台采用上、中、下三层导轨的方法实现沿x轴 和y轴的直线运动，采用耐磨的滑动导轨，以提高系统传动精度；为了提高负载能力减小自 重，中间一层导轨既要实现直线运动，又要做上层导轨的支承导轨。上面一层导轨实现另一 个方向的直线运动。中间一层导轨和上面一层导轨可以同时运动，通过时序信号的控制可 以实现x、y平面内任意方向的直线运动。其驱动部分设计成双侧薄壁铰链，使结构紧凑并 且响应迅速。为了实现任意方向运动，本专利技术采用两组压电叠堆共同作用，以便同时实现X、 y方向的往返运动。上层导轨面可固定一工作台或者直接做工作台使用。本专利技术的结构包括相互配合的导轨15、导轨116以及由导轨5带动的工作台2，其 中，工作台2分别通过柔性铰链121、柔性铰链1113与质量块II、质量块114相连；压电叠 堆114、压电叠堆1122通过楔形块I、楔形块II、楔形块III、楔形块IV15、16、23、24在柔性 铰链121、柔性铰链1113中进行预紧和定位；导轨15分别通过柔性铰链11112、柔性铰链 IV17与质量块1118、质量块IV3相连；压电叠堆11111、压电叠堆IV18通过楔形块V、楔形 块VI、楔形块VII、楔形块VII19、10、19、20在柔性铰链11112、柔性铰链IVI7中进行预紧。 可动部件通过压电叠堆在时序信号的控制作用下的惯性冲击来实现。可实现大行程、高速、3高精度的精密位移输出。本专利技术的有益效果在于大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及 尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图；图2是本专利技术的主视示意图；图3是本专利技术的俯视示意图；图4是本专利技术的左视示意图。具体实施例方式参见图1至图4，本专利技术两自由度大行程高速高精度定位平台包括相互配合的导 轨15、导轨116以及由导轨15带动的工作台2，其中，工作台2分别通过柔性铰链121、柔性 铰链1113与质量块II、质量块114相连；压电叠堆114、压电叠堆1122通过楔形块I、楔形 块II、楔形块III、楔形块IV15、16、23、24在柔性铰链121、柔性铰链1113中进行预紧和定 位；导轨15分别通过柔性铰链11112、柔性铰链IV17与质量块1118、质量块IV3相连；压电 叠堆11111、压电叠堆^18通过楔形块乂、楔形块￥1、楔形块乂11、楔形块乂1119、10、19、20 在柔性铰链11112、柔性铰链IV17中进行预紧。可动部件通过压电叠堆在时序信号的控制 作用下的惯性冲击来实现。可实现大行程、高速、高精度的精密位移输出。参见图2，楔形块V、楔形块VI9、10通过柔性铰链II112对压电叠堆II111进行定 位和预紧。柔性铰链III12 —端通过螺钉7连着质量块1118，增加惯性冲击时的动量，从 而增大驱动力。另一端连着导轨15，驱动导轨运动。用柔性铰链相连可以提高系统的灵敏 度，保证驱动精度。同样，楔形块I、楔形块1115、16通过柔性铰链1113对压电叠堆114进 行定位和预紧。柔性铰链一端连着质量块114，另一端连着工作台2。如果，压电叠堆11111、压电叠堆IV18不带电，压电叠堆114或压电叠堆1122在时 序信号的作用下伸长、缩短，从而带动质量块II或质量块114运动产生惯性冲击，由于动量 守恒，使工作台2沿直线左右运动。同理，如果压电叠堆114、压电叠堆1122不带电，压电叠 堆III11或压电叠堆IV18在时序信号的作用下伸长、缩短，带动质量块III8或质量块IV3 运动产生惯性冲击，由于动量守恒使导轨15沿直线前后运动，从而带动工作台2前后运动。 这样就实现了两自由度运动。如果按照一定的时序型号对压电叠堆114、压电叠堆1122、压 电叠堆11111、压电叠堆IV18进行通电，那么工作台2将可以实现平面内任意方向运动。权利要求一种两自由度大行程高速高精度定位平台，其特征在于包括相互配合的导轨I(5)、导轨II(6)以及由导轨(5)带动的工作台(2)，其中，工作台(2)分别通过柔性铰链I(21)、柔性铰链II(13)与质量块I(1)、质量块II(4)相连；压电叠堆I(14)、压电叠堆II(22)通过楔形块I、楔形块II、楔形块III、楔形块IV(15、16、23、24)在柔性铰链I(21)、柔性铰链II(13)中进行预紧和定位；导轨I(5)分别通过柔性铰链III(12)、柔性铰链IV(17)与质量块III(8)、质量块IV(3)相连；压电叠堆III(11)、压电叠堆IV(18)通过楔形块V、楔形块VI、楔形块VII、楔形块VIII(9、10、19、20)在柔性铰链III(12)、柔性铰链IV(17)中进行预紧。全文摘要本专利技术涉及一种两自由度大行程高速高精度定位平台，属于机电类。结构包括相互配合的导轨及由导轨带动的工作台，工作台通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧和定位；导轨通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧。优点在于大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。文档编号F16M11/18GK101858477SQ201010150708公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日专利技术者曹洲里, 赵宏伟, 郑福胜 申请人:郑福胜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两自由度大行程高速高精度定位平台，其特征在于：包括相互配合的导轨Ⅰ（５）、导轨Ⅱ（６）以及由导轨（５）带动的工作台（２），其中，工作台（２）分别通过柔性铰链Ⅰ（２１）、柔性铰链Ⅱ（１３）与质量块Ⅰ（１）、质量块Ⅱ（４）相连；压电叠堆Ⅰ（１４）、压电叠堆Ⅱ（２２）通过楔形块Ⅰ、楔形块Ⅱ、楔形块Ⅲ、楔形块Ⅳ（１５、１６、２３、２４）在柔性铰链Ｉ（２１）、柔性铰链Ⅱ（１３）中进行预紧和定位；导轨Ⅰ（５）分别通过柔性铰链Ⅲ（１２）、柔性铰链Ⅳ（１７）与质量块Ⅲ（８）、质量块Ⅳ（３）相连；压电叠堆Ⅲ（１１）、压电叠堆Ⅳ（１８）通过楔形块Ⅴ、楔形块Ⅵ、楔形块Ⅶ、楔形块Ⅷ（９、１０、１９、２０）在柔性铰链Ⅲ（１２）、柔性铰链Ⅳ（１７）中进行预紧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑福胜，赵宏伟，曹洲里，
申请(专利权)人：郑福胜，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]