專利名稱：一種三自由度壓電驅(qū)動平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種驅(qū)動定位裝置，特別涉及一種三自由度壓電驅(qū)動平臺。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用于各個領(lǐng)域的驅(qū)動定位裝置，主要是傳統(tǒng)的機械式傳動，不可避免存在間隙，定位精度低，很難達到“亞納米”級。而壓電驅(qū)動平臺利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，定子的縱向振動和彎曲振動這兩種振動模態(tài)在空間上相差
g，如果這兩種振動在時間上也相差,就可以疊加成定子末端的橢圓微幅振動，靠定
子和動子的相互摩擦產(chǎn)生位移。定子微幅振動可以使導(dǎo)軌產(chǎn)生微小位移，從而提高平臺定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對前述背景技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其可提高平臺定位精度。本發(fā)明為解決以上技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是
一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，包括底座、長梁、至少兩個壓電定子、上導(dǎo)軌、中導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌；下導(dǎo)軌設(shè)于底座上，中導(dǎo)軌可橫向滑動地設(shè)于下導(dǎo)軌的上方，上導(dǎo)軌則可縱向滑動地設(shè)于中導(dǎo)軌的上方；長梁固定于底座的上方，壓電定子的頂端與長梁固定，底端與上導(dǎo)軌的頂面接觸；所述壓電定子包括一根長螺栓、一個上壓塊、第一、二、三、四彎振壓電陶瓷片、第一、二分半式電極片、第一、二、三電極片、第一、二縱振壓電陶瓷片和一個下壓塊，長螺栓從上到下依次穿接上壓塊、第一彎振壓電陶瓷片、第一分半式電極片、第二彎振壓電陶瓷片、 第一電極片、第三彎振壓電陶瓷片、第二分半式電極片、第四彎振壓電陶瓷片、第二電極片、 第一縱振壓電陶瓷片、第三電極片、第二縱振壓電陶瓷片和下壓塊，且長螺栓僅與第一、二、 三電極片的穿孔處接觸，使上壓塊、下壓塊與地接通，其余各分半式電極片、壓電陶瓷片的穿孔處均不與長螺栓接觸；
第一、二彎振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，第三、四彎振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，第一、二縱振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，其中一組用于激勵振子的縱向振動，另外兩組分別用于激勵振子相互垂直方位的彎曲振動；當(dāng)縱向振動和一組彎曲振動模態(tài)相疊加實現(xiàn)一個面內(nèi)質(zhì)點的橢圓運動，而縱向振動和另一組彎曲振動模態(tài)相疊加實現(xiàn)另一個面內(nèi)質(zhì)點的橢圓運動。上述驅(qū)動平臺還包括兩個側(cè)墻，所述兩個側(cè)墻的一端分別固定于底座的兩個短邊，另一端分別與長梁的兩個端部固定。上述側(cè)墻呈倒T型，底座的兩個短邊側(cè)面對稱方位上分別開設(shè)至少兩個螺紋孔， 側(cè)墻的底部則對應(yīng)前述螺紋孔開設(shè)通孔；所述側(cè)墻的頂端凹設(shè)有凹槽，并另設(shè)橫貫該凹槽的透孔；長梁的兩個端部分別對應(yīng)側(cè)墻的凹槽形成凸垣，且該凸垣上對應(yīng)透孔也形成透孔。上述長梁的中部具有方形結(jié)構(gòu)，其底面向內(nèi)凹設(shè)有方槽，所述方槽的數(shù)目與壓電定子的數(shù)目相同，且均勻分布于方形結(jié)構(gòu)上，各方槽內(nèi)分別設(shè)有一個螺紋孔；一螺釘由上而下穿過長梁上的螺紋孔，一彈簧套置在該螺釘?shù)耐庵?，再將墊塊穿套前述螺釘并置于方槽內(nèi)，所述螺釘?shù)亩瞬坎⑴c長螺栓鎖固，從而對壓電定子進行柔性固定。上述下導(dǎo)軌的頂面開設(shè)橫向?qū)к墸袑?dǎo)軌的底面對應(yīng)形成凹槽，從而實現(xiàn)下導(dǎo)軌與中導(dǎo)軌的橫向相對滑動。上述中導(dǎo)軌的頂面開設(shè)縱向凸軌，上導(dǎo)軌的底面對應(yīng)形成凹槽，從而實現(xiàn)中導(dǎo)軌與上導(dǎo)軌的縱向相對滑動。采用上述方案后，本發(fā)明中的定子部分利用一組縱振壓電陶瓷片分別和兩組交錯 90度的彎曲振動壓電陶瓷片進行模態(tài)疊加，分別實現(xiàn)兩個垂直面內(nèi)質(zhì)點的橢圓運動。定子和導(dǎo)軌接觸時，產(chǎn)生摩擦，驅(qū)動導(dǎo)軌的直線運動，兩個面內(nèi)質(zhì)點分別的橢圓運動可以實現(xiàn)導(dǎo)軌的兩自由度直線運動。當(dāng)至少有兩個相同的定子同時工作時，平行面內(nèi)相同旋轉(zhuǎn)方向質(zhì)點的橢圓運動可實現(xiàn)導(dǎo)軌的直線運動，協(xié)調(diào)幾個不同定子質(zhì)點的橢圓運動可實現(xiàn)導(dǎo)軌的旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)至少兩個定子相互協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)導(dǎo)軌的X軸和Y軸方向的直線運動和繞中心軸的旋轉(zhuǎn)運動。定子微幅振動可以使動子導(dǎo)軌微小位移，從而提高平臺定位精度。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)補充示意圖； 圖3是本發(fā)明中側(cè)墻的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明中上導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明中壓電定子的結(jié)構(gòu)分解示意圖； 圖6是本發(fā)明中中導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明中下導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明中底座的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明中長梁的結(jié)構(gòu)示意圖10是本發(fā)明中激勵壓電定子末端質(zhì)點產(chǎn)生的平行于)(Z平面的橢圓運動軌跡示意
圖11是本發(fā)明中激勵壓電定子末端質(zhì)點產(chǎn)生的平行于^平面的橢圓運動軌跡示意
圖12 (a) - (c)是本發(fā)明中壓電定子的旋轉(zhuǎn)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于包括底座、長梁、至少兩個壓電定子、上導(dǎo)軌、中導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌；下導(dǎo)軌設(shè)于底座上，中導(dǎo)軌可橫向滑動地設(shè)于下導(dǎo)軌的上方，上導(dǎo)軌則可縱向滑動地設(shè)于中導(dǎo)軌的上方；長梁固定于底座的上方，壓電定子的頂端與長梁固定，底端與上導(dǎo)軌的頂面接觸；所述壓電定子包括一根長螺栓、一個上壓塊、第一、二、三、四彎振壓電陶瓷片、第一、二分半式電極片、第一、二、三電極片、第一、二縱振壓電陶瓷片和一個下壓塊，長螺栓從上到下依次穿接上壓塊、第一彎振壓電陶瓷片、第一分半式電極片、第二彎振壓電陶瓷片、第一電極片、第三彎振壓電陶瓷片、第二分半式電極片、第四彎振壓電陶瓷片、第二電極片、第一縱振壓電陶瓷片、第三電極片、第二縱振壓電陶瓷片和下壓塊，且長螺栓僅與第一、二、三電極片的穿孔處接觸，使上壓塊、下壓塊與地接通，其余各分半式電極片、壓電陶瓷片的穿孔處均不與長螺栓接觸；第一、二彎振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，第三、四彎振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，第一、二縱振壓電陶瓷片作為一組壓電陶瓷片，其中一組用于激勵振子的縱向振動，另外兩組分別用于激勵振子相互垂直方位的彎曲振動；當(dāng)縱向振動和一組彎曲振動模態(tài)相疊加實現(xiàn)一個面內(nèi)質(zhì)點的橢圓運動，而縱向振動和另一組彎曲振動模態(tài)相疊加實現(xiàn)另一個面內(nèi)質(zhì)點的橢圓運動。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述驅(qū)動平臺還包括兩個側(cè)墻，所述兩個側(cè)墻的一端分別固定于底座的兩個短邊，另一端分別與長梁的兩個端部固定。
3.如權(quán)利要求2所述的一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述側(cè)墻呈倒T型， 底座的兩個短邊側(cè)面對稱方位上分別開設(shè)至少兩個螺紋孔，側(cè)墻的底部則對應(yīng)前述螺紋孔開設(shè)通孔；所述側(cè)墻的頂端凹設(shè)有凹槽，并另設(shè)橫貫該凹槽的透孔；長梁的兩個端部分別對應(yīng)側(cè)墻的凹槽形成凸垣，且該凸垣上對應(yīng)透孔也形成透孔。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述長梁的中部具有方形結(jié)構(gòu)，其底面向內(nèi)凹設(shè)有方槽，所述方槽的數(shù)目與壓電定子的數(shù)目相同，且均勻分布于方形結(jié)構(gòu)上，各方槽內(nèi)分別設(shè)有一個螺紋孔；一螺釘由上而下穿過長梁上的螺紋孔，一彈簧套置在該螺釘?shù)耐庵埽賹|塊穿套前述螺釘并置于方槽內(nèi)，所述螺釘?shù)亩瞬坎⑴c長螺栓鎖固，從而對壓電定子進行柔性固定。
5.如權(quán)利要求1所述的一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述下導(dǎo)軌的頂面開設(shè)橫向?qū)к墸袑?dǎo)軌的底面對應(yīng)形成凹槽，從而實現(xiàn)下導(dǎo)軌與中導(dǎo)軌的橫向相對滑動。
6.如權(quán)利要求1所述的一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，其特征在于所述中導(dǎo)軌的頂面開設(shè)縱向凸軌，上導(dǎo)軌的底面對應(yīng)形成凹槽，從而實現(xiàn)中導(dǎo)軌與上導(dǎo)軌的縱向相對滑動。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三自由度壓電驅(qū)動平臺，包括底座、長梁、至少兩個壓電定子、上導(dǎo)軌、中導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌；下導(dǎo)軌設(shè)于底座上，中導(dǎo)軌可橫向滑動地設(shè)于下導(dǎo)軌的上方，上導(dǎo)軌則可縱向滑動地設(shè)于中導(dǎo)軌的上方；長梁固定于底座的上方，壓電定子的頂端與長梁固定，底端與上導(dǎo)軌的頂面接觸；所述壓電定子包括長螺栓、上壓塊、四個彎振壓電陶瓷片、兩個分半式電極片、三個電極片、兩個縱振壓電陶瓷片和下壓塊，長螺栓僅與第一、二、三電極片的穿孔處接觸，使上壓塊、下壓塊與地接通，其余各分半式電極片、壓電陶瓷片的穿孔處均不與長螺栓接觸。此種驅(qū)動平臺可提高平臺定位精度。
文檔編號B25H1/02GK102229137SQ201110138210
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者吳飛, 泮振鋒, 金家楣, 陳小建 申請人:南京航空航天大學(xué)