【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电驱动与精密定位，涉及一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台及其驱动方法。
技术介绍
1、随着现代科学技术和工程技术的发展，对高精度定位平台的需求越来越大。压电驱动定位平台作为一种常用的高精度定位平台装置，在精密加工和制造中具有广泛的应用前景。定位系统在各种精密机械设备中起着关键性的作用。大行程纳米定位平台在现代科学技术中起到越来越重要作用，特别是近几年一直是精密工程领域的研究热点之一。
2、高精度定位平台在高精尖工业生产和科学研究中都起到至关重要的作用，深刻影响着例如扫描电子显微镜、微机电系统、精密光学、生物医学、集成电路等诸多行业的发展。然而，传统的定位平台在实际应用中仍然存在一些问题，如定位精度低，运动缓慢，稳定性差，结构复杂等问题，限制了其在精密制造加工领域的性能。
3、传统定位平台在实现大行程运动和高精度定位方面存在困难。传统的压电定位平台通常采用柔性铰链变形的方式来驱动位移平台的，可以实现较高定位精度及较大的负载能力，然而由于压电叠堆的压电效应，存在无法避免的位移回退现象，进而导致定位精度无法进一步提升。剪切压电陶瓷片因其体积小，响应速度快，分辨率高，可实现剪切变形。因此，设计一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台及驱动方法在压电驱动与精密定位等领域具有重要意义和良好的应用前景。
技术实现思路
1、为了解决压电驱动定位平台定位精度低和位移行程小的应用限制问题，本专利技术公开了一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台及其驱动方法。该平
2、为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：
3、一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，主要由摩擦机构1、工字型预紧柔性铰链2、交叉滚子导轨a3、交叉滚子导轨b4、基座5、载物平台6、信号发生器7和功率放大器8组成；所述摩擦机构1和工字型预紧柔性铰链2连接；所述工字型预紧柔性铰链2安装于基座5上；所述交叉滚子导轨a3与基座5连接；所述交叉滚子导轨b4与载物平台6连接，摩擦机构1和载物平台6相互挤压接触；所述摩擦机构1通过正极导线和负极导线与功率放大器8相连接；所述信号发生器7和功率放大器8通过导线连接。
4、进一步地，所述摩擦机构1由剪切压电陶瓷片9，连接垫片12和摩擦垫片13组成；所述连接垫片12和剪切压电陶瓷片9连接，摩擦垫片13和剪切压电陶瓷片9连接，所述摩擦垫片13上表面处于同一平面。
5、进一步地，所述信号发生器7产生的驱动波形为三角形锯齿波。锯齿波最小值为0v，最大值通过功率放大器8应不超过剪切压电陶瓷片9正常工作的最大电压。
6、进一步地，所述剪切压电陶瓷片9在工作时任意时间节点正向伸长的组数大于负向收缩的组数，累计正向位移。
7、进一步地，所述连接垫片12和摩擦垫片13材料均相同为45钢，结构为“凹”字型，缺口处为剪切压电陶瓷片正极导线和负极导线连接处。
8、进一步地，所述摩擦垫片13的上表面进行表面处理，粗糙度为ra0.8；所述工字型预紧柔性铰链2的横梁厚度为0.5mm。
9、进一步地，所述工字型预紧柔性铰链2为平行排列的结构，装配后摩擦垫片13表面平面度误差小于0.05mm。
10、进一步地，所述两组交叉滚子导轨为平行装配，平行度误差小于等于0.01mm，以保证载物平台6沿x轴方向平滑运动。
11、进一步地，所述摩擦垫片13与载物平台6的配合为过盈配合，以使得摩擦垫片13的上表面和载物平台6的下表面相互挤压。
12、一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台驱动方法，采用剪切压电陶瓷片激励剪切变形的性质实现载物平台x轴方向的移动，具体为：
13、摩擦垫片与载物平台的配合为过盈配合，工字型预紧柔性铰链的横梁有向下弯曲的变形，产生一个竖直向上的正压力，使摩擦垫片上表面和载物平台下表面之间产生相互滑动的摩擦力；
14、通过改变信号发生器的参数调整信号周期的大小，利用信号发生器产生电压三角形锯齿波，使得剪切压电陶瓷片正向伸长的组数大于负向收缩的组数，累计正向位移；
15、载物平台受到剪切压电陶瓷片提供的剪切变形产生的摩擦力而正向运动；
16、通过调整信号发生器参数来缩短驱动周期，增大电压变化率以实现载物平台的快速移动；
17、通过增大驱动周期，减小电压变化率以实现载物平台的缓慢移动，提高载物平台的定位精度。
18、与现有技术相比本专利技术的有益效果是：
19、1.三级剪切压电陶瓷片驱动：本专利技术公开的压电定位平台采用了三级剪切压电陶瓷片来驱动压电定位平台，能够实现载物平台连续的大行程的位移。传统的压电定位平台通常运用柔性铰链的变形达到驱动定位平台的效果，其结构和控制较为复杂，位移行程较短。与其相比，本专利技术公开压电定位平台更简单、行程更大，能够满足压电定位平台大行程位移的需求。
20、2.无位移回退现象：本专利技术公开的压电定位平台采用了电信号驱动压电定位平台的技术。信号发生器产生仅相位不同的上升沿与下降沿的时间之比为2：1的电压三角形锯齿波，锯齿波相位之差为周期的三分之一。利用这种锯齿波驱动可以达到压电定位平台位移不会出现位移回退现象的效果。
21、2.高精度和稳定性：本专利技术公开的压电定位平台通过采用电信号驱动剪切压电陶瓷片。传统的压电定位平台通常运用柔性铰链的变形达到驱动定位平台的效果，但其普遍存在位移回退的现象，无法精确控制定位平台的定位。本专利技术公开的压电定位平台能够实现在任意时间节点均有两个剪切压电陶瓷片处于上升沿，一个剪切压电陶瓷片处于下降沿，从而实现了无位移回退的效果。在微纳操作和精密加工应用中，本压电驱动平台能够提供更高精度的定位效果、更可靠稳定的驱动性能。
22、3.结构设计轻量化：本专利技术公开的压电定位平台在设计和制造过程中考虑了结构设计轻量化。大部分传统压电定位平台需要额外的柔性铰链变形机构，具有操作复杂、成本高等问题。本专利技术公开的压电定位平台可直接施加电压信号驱动剪切压电陶瓷片，具有结构简单，操作方便，成本低廉等优点。载物平台可根据实际生产需要更换不同类型，提高压电定位平台的可移植性。
23、4.应用广泛性：本专利技术公开的压电驱动平台的高精度和稳定性使其在精密定位、力控制和微纳米级加工等领域具有广泛的应用前景。它可以提高精密制造和自动化技术的水平，满足高精度运动控制的需求。
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1.一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：主要由摩擦机构(1)、工字型预紧柔性铰链(2)、交叉滚子导轨a(3)、交叉滚子导轨b(4)、基座(5)、载物平台(6)、信号发生器(7)和功率放大器(8)组成；所述摩擦机构(1)和工字型预紧柔性铰链(2)连接；所述工字型预紧柔性铰链(2)安装于基座(5)上；所述交叉滚子导轨a(3)与基座(5)连接；所述交叉滚子导轨b(4)与载物平台(6)连接，摩擦机构(1)和载物平台(6)相互挤压接触；所述摩擦机构(1)通过正极导线和负极导线与功率放大器(8)相连接；所述信号发生器(7)和功率放大器(8)通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台及驱动方法，其特征在于：所述摩擦机构(1)由剪切压电陶瓷片(9)，连接垫片(12)和摩擦垫片(13)组成；所述连接垫片(12)和剪切压电陶瓷片(9)连接，摩擦垫片(13)和剪切压电陶瓷片(9)连接，所述摩擦垫片(13)上表面处于同一平面。
3.根据权利要求2所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述信号发生器(7)产生的
4.根据权利要求3所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述剪切压电陶瓷片(9)在工作时任意时间节点正向伸长的组数大于负向收缩的组数，累计正向位移。
5.根据权利要求2所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述连接垫片(12)和摩擦垫片(13)材料均相同为45钢，结构为“凹”字型，缺口处为剪切压电陶瓷片正极导线和负极导线连接处。
6.根据权利要求5所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述摩擦垫片(13)的上表面进行表面处理，粗糙度为Ra0.8；
7.根据权利要求2所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述工字型预紧柔性铰链(2)为平行排列的结构，装配后摩擦垫片(13)表面平面度误差小于0.05mm。
8.根据权利要求7所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述两组交叉滚子导轨(3；4)为平行装配，平行度误差小于等于0.01mm，以保证载物平台(6)沿x轴方向平滑运动。
9.根据权利要求8所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述摩擦垫片(13)与载物平台(6)的配合为过盈配合，以使得摩擦垫片(13)的上表面和载物平台(6)的下表面相互挤压。
10.一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台驱动方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：主要由摩擦机构(1)、工字型预紧柔性铰链(2)、交叉滚子导轨a(3)、交叉滚子导轨b(4)、基座(5)、载物平台(6)、信号发生器(7)和功率放大器(8)组成；所述摩擦机构(1)和工字型预紧柔性铰链(2)连接；所述工字型预紧柔性铰链(2)安装于基座(5)上；所述交叉滚子导轨a(3)与基座(5)连接；所述交叉滚子导轨b(4)与载物平台(6)连接，摩擦机构(1)和载物平台(6)相互挤压接触；所述摩擦机构(1)通过正极导线和负极导线与功率放大器(8)相连接；所述信号发生器(7)和功率放大器(8)通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台及驱动方法，其特征在于：所述摩擦机构(1)由剪切压电陶瓷片(9)，连接垫片(12)和摩擦垫片(13)组成；所述连接垫片(12)和剪切压电陶瓷片(9)连接，摩擦垫片(13)和剪切压电陶瓷片(9)连接，所述摩擦垫片(13)上表面处于同一平面。
3.根据权利要求2所述的一种基于剪切压电片的大行程压电定位平台，其特征在于：所述信号发生器(7)产生的驱动波形为三角形锯齿波；锯齿波最小值为0v，最大值通过功率放大器(8)应不超过剪切压电陶瓷片(9)正常工作的最大电压。
4.根据权利要求3所述的一种基于剪切压电片的大...
【专利技术属性】
技术研发人员：田海龙，孙奥博，高景文，李建平，周立明，张建海，孙雨治，张霖，何佳龙，邢思远，庞晓阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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