本发明专利技术涉及一种尺蠖式多自由度压电驱动装置，属于精密加工领域。其转子单元包括沿转子和内嵌转子的B型压电叠堆，可实现转子的步进直线运动；上层钳固单元由A型压电叠堆、A型楔形块、B型楔形块和开有三爪式自定心柔性铰链的定子上层基板组成，压电叠堆在通电状态下可使转子与定子上层基板钳固；下层钳固单元由A型压电叠堆、A型楔形块、B型楔形块和开有三爪式自定心柔性铰链的定子下层基板组成，压电叠堆在通电状态下可使转子与定子下层基板紧固；旋转压电驱动单元由B型压电叠堆和固定B型叠堆的驱动缩进组成，可实现转子的步进旋转运动。定子上、下层基板通过薄壁柔性铰链相连接。具有精度高、对中性好、输出载荷大、行程大、成本低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机电一体化领域，特别涉及一种集直线与旋转输出并举的高精度的尺蠖式多自由度压电驱动装置。可应用于超精密加工、精密工程、微机电系统(MEMS)、微小机器人、半导体制造、生物医学、航空航天等高尖端的科学
技术介绍
随着现代科学技术的不断发展，人类对微观领域的研究越来越深。尤其在超精密加工、微机电系统(MEMS)、微小机器人等领域，对精密定位、微小位移的要求越来越高。传统的驱动装置，如普通电机、丝杠螺母、涡轮蜗杆等宏观大尺寸驱动装置已不能满足其精度要求。相比于传统驱动装置，压电驱动装置因为体积小、位移分辨率高、响应快(微秒级)、控 制特性好、能耗低、无噪声、不受磁场影响等优点，正在被越来越多地应用到精密工程、微机电系统(MEMS)、微小机器人等领域。目前一般的驱动装置往往存在结构尺寸偏大、步进精度低、往返重复定位精度低、行程小等不足，这大大限制了在精密工程等领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种尺蠖式多自由度压电驱动装置，解决了目前驱动器结构尺寸大、载荷输出不稳定、输出行程小和精度低等问题。本专利技术分别采用旋转驱动单元和转子单元来实现转子绕其轴线的旋转运动和沿该轴线的直线运动，能实现直线与旋转运动并举等功能。本专利技术采用上下两层六组压电叠堆分别作用六组柔性铰链的自定心钳位机构，对中性好，定位精度高。另三组压电叠堆与前六组压电叠堆配合，按相应时序交替进行，共同作用下实现转子的旋转步进运动。直线步进运动由一组压电叠堆驱动，配合定子上下两层的六组压电钳位机构的时序交替钳位作用，使转子实现沿轴线方向的直线步进运动。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现 尺蠖式多自由度压电驱动装置，包括转子单元、上层钳固单元、下层钳固单元和旋转压电驱动单元，所述的转子单元中的转子I与定子2中部轴孔实现过渡配合，定子上层基板与定子下层基板通过薄壁柔性铰链相连，旋转压电驱动单元中的驱动缩进I、II、III6、15、18与定子下层基板外围凹槽实现过盈配合连接。所述的转子单元包括转子I和B型压电叠堆IV 33，所述转子I为一沿轴向开有柔性铰链的转轴，所述B型压电叠堆IV 33过盈嵌在转子I槽内，在给B型压电叠堆IV 33提供一定驱动电压后，由于逆压电效应B型压电叠堆IV 33伸长，在柔性铰链作用下，转子I能够输出精密位移。所述的上层钳固单元包括三组对称分布于定子上层基板的A型压电叠堆I、11、1118、11、21、A型楔形块I、II JII 4、13、19、B型楔形块I、II、111 5、12、22和柔性铰链的定子上层基板，所述的A型压电叠堆I、II、1118、11、21 —端紧贴柔性铰链，另一端紧贴B型楔形块I、II、111 5、12、22表面，分别通过调节预紧螺钉I、II、111 3、9、10来调节A型楔形块I、II、111 4、13、19与B型楔形块I、II、111 5、12、22的压紧程度，从而预紧A型压电叠堆I、Π、ΙΙΙ4、13、19，三组柔性铰链组成了定子上层的三爪式自定心压电钳位结构；定子上层基板上的预紧螺钉轴线对侧开设调节螺孔，可通过安装调节螺钉来拆卸楔形块组。所述的下层钳固单元包括A型压电叠堆IV、V、VI 25、27、30、A型楔形块IV、V、VI 24、29、32、B型楔形块IV、V、VI 26、28、31及预紧螺钉IV、V、VI 16、17、23，所述的下层钳固单元与上层钳固单元结构相同，上层钳固单元中的A型压电叠堆I、II JII 8、11、21和下层钳固单元中的A型压电叠堆IV、V、VI 25、27、30的通电时序逻辑交替，能实现转子与定子上层基板和定子下层基板交替钳固和松开，从而实现转子的持续步进运动。所述的旋转压电驱动单元包括B型压电叠堆I、II、III7、14、20和驱动缩进I、11、III 6、15、18，驱动缩进I、II、111 6、15、18下端与定子下层基板凹槽实现过盈配合连接，B型压电叠堆I、ΙΙ、ΠΙ7、14、20 —端分别顶在驱动缩进I、II、111 6、15、18的上层侧面上，另一 端顶在定子上层基板的凹槽侧面上。在给B型压电叠堆I、ΙΙ、ΠΙ7、14、20提供一定驱动电压后，由于逆压电效应B型压电叠堆I、ΙΙ、ΠΙ7、14、20同时伸长，在薄壁柔性铰链作用下，与定子上层基板钳固的转子I相对定子下层基板做精密步进旋转运动。所述的B型压电叠堆I、ΙΙ、ΠΙ7、14、20配合定子上下两层的六组A型压电叠堆I VI8、11、21、25、27、30的通电时序逻辑实现定子上层基板和定子下层基板的交替钳位作用，使转子I实现持续步进旋转运动。所述的B型压电叠堆IV 33配合定子上下两层的六组A型压电叠堆I VI 8、11、21、25、27、30的通电时序逻辑实现定子上层基板和定子下层基板的交替钳位作用，使转子I实现沿轴线方向的持续直线步进运动。本专利技术的有益效果在于可同时输出直线位移与旋转角度，提高驱动器运动精度，功能集成化、体积小、结构简单，并大大降低了成本，可应用于超精密加工、微机电系统(MEMS)以及微小机器人等领域。该驱动装置具有钳位稳定、载荷输出大等优点，并能实现大行程运动、直线和旋转运动输出并举等功能。本专利技术对于我国精密超精密加工等领域的发展有着极其重要意义，其在超精密加工、微机电系统(MEMS)以及微小机器人领域等众多领域必定有广阔的应用前景。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实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。图I为本专利技术的整体结构示意 图2为本专利技术的仰视示意 图3为本专利技术的转子单元的结构示意图。图中1.转子，2.定子，3.预紧螺钉I，4.A型楔形块I，5.B型楔形块I，6.驱动缩进I，7. B型压电叠堆I，8. A型压电叠堆I，9.预紧螺钉II，10.预紧螺钉III，11. A型压电叠堆II，12. B型楔形块II，13. A型楔形块II，14. B型压电叠堆II，15.驱动缩进II，16.预紧螺钉IV，17.预紧螺钉V，18.驱动缩进III，19. A型楔形块III，20. B型楔形块III，21. A型压电叠堆III，22. B型楔形块III，23.预紧螺钉VI，24. A型楔形块IV，25. A型压电叠堆IV，26. B型楔形块IV，27. A型压电叠堆V，28. B型楔形块V，29. A型楔形块V，30. A型压电叠堆VI，31. B型楔形块VI，32. A型楔形块VI，33. B型压电叠堆IV。具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1，本专利技术的尺蠖式多自由度压电驱动装置，定子上下两层各采用三组压电叠堆来推动对应三组柔性铰链，从而组成了定子上下两层的三爪式自定心压电钳位机构，该机构具有自定心、对中性好、钳位精确等优点。定子上层的A型压电叠堆I、11、1118、11、21和定子下层的A型压电叠堆IV、V、VI25、27、30的通电时序逻辑交替变化，能实现转子与定子上层基板和定子下层基板交替钳固和松开，再配合B型压电叠堆I、II JII 7,14,20的动作，能够实现转子的持续步进旋转运动。定子上层的八型压电叠堆1、11、1118本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种尺蠖式多自由度压电驱动装置，其特征在于：包括转子单元、上层钳固单元、下层钳固单元和旋转压电驱动单元，所述的转子单元中的转子（1）与定子（2）中部轴孔实现过渡配合，定子上层基板与定子下层基板通过薄壁柔性铰链相连，旋转压电驱动单元中的驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（6、15、18）与定子下层基板外围凹槽实现过盈配合连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，李建平，张鹏，任露泉，周晓勤，曲涵，傅璐，马志超，黄虎，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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