基于柔性鉸鏈放大的壓電微動(dòng)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種壓電疊堆驅(qū)動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)。 技術(shù)背景
[0002] 作為微機(jī)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，微動(dòng)平臺(tái)廣泛應(yīng)用于裝載精密儀器或其關(guān)鍵部 件如常見的光學(xué)鏡頭、精密微操終桿和微夾持器。因此，微動(dòng)平臺(tái)需要具有多維運(yùn)動(dòng)和極高 的分辨率。
[0003] 與靜電梳齒驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)和形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)等相比，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)具有分辨 率高、驅(qū)動(dòng)力大、頻響范圍寬、響應(yīng)速度快和動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，因而特別適合用于驅(qū)動(dòng)微 動(dòng)平臺(tái)。在微裝配技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要使用微動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)微夾持器進(jìn)行微米級(jí)別到毫米級(jí) 別的運(yùn)動(dòng)，因此，微動(dòng)平臺(tái)應(yīng)該具有大行程，此外，為了更好的進(jìn)行高精度的裝配，需要對(duì)微 動(dòng)平臺(tái)的位置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行反饋控制。
[0004] 現(xiàn)有的關(guān)于微動(dòng)平臺(tái)的檢測(cè)，多采用視覺檢測(cè)、激光傳感器檢測(cè)或者電容檢測(cè)等 方法來檢測(cè)平臺(tái)的位置，檢測(cè)成本較高，也難W集成到微操作系統(tǒng)中去。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的微動(dòng)平臺(tái)行程不夠大的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種能 夠放大微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移的基于柔性較鏈放大的壓電微動(dòng)平臺(tái)。
[0006] 基于柔性較鏈放大的壓電微動(dòng)平臺(tái)，包括機(jī)架和載物平臺(tái)；
[0007] 機(jī)架上安裝微驅(qū)動(dòng)器和放大微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移的放大機(jī)構(gòu)；
[0008] 放大機(jī)構(gòu)為安裝于機(jī)架上的雙搖桿機(jī)構(gòu)；雙搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)搖桿遠(yuǎn)離連桿的一端 設(shè)延伸段，主動(dòng)搖桿延伸段的自由端抵住微驅(qū)動(dòng)器；主動(dòng)搖桿及其延伸段W主動(dòng)搖桿與機(jī) 架的較接點(diǎn)為支點(diǎn)形成放大杠桿；連桿遠(yuǎn)離主動(dòng)搖桿的一端設(shè)延伸段；
[0009] 載物平臺(tái)與使其沿指定方向平動(dòng)的解禪機(jī)構(gòu)連接，解禪機(jī)構(gòu)由至少一對(duì)解禪單元 組成，兩個(gè)解禪單元關(guān)于載物平臺(tái)中屯、對(duì)稱；每個(gè)解禪單元由連接臂和一對(duì)柔性臂組成，每 個(gè)柔性臂一端與機(jī)架較接，另一端與連接臂較接，連接臂的另一端與載物平臺(tái)較接；
[0010] 連桿延伸段與任一解禪單元較接。
[0011] 進(jìn)一步，微驅(qū)動(dòng)器為壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)柔性臂對(duì)應(yīng)位移傳感器。
[0012] 進(jìn)一步，位移傳感器為一對(duì)位置檢測(cè)應(yīng)變片，一對(duì)位移檢測(cè)應(yīng)變片分別粘接固定 于柔性臂的兩側(cè)面上，每對(duì)解禪單元的位置檢測(cè)應(yīng)變片組成橋接電路，橋接電路通過應(yīng) 變放大器放大后、由A/D口通過PCI板卡傳輸?shù)焦た貦C(jī)上，工控機(jī)計(jì)算獲得平臺(tái)的位移， ::総?冷為平臺(tái)的位移，媒為橋接電路經(jīng)應(yīng)變放大器放大后的輸出電壓，淹為比例系數(shù)。 '…知
[0013] 橋接電路是由每個(gè)柔性臂上選取一個(gè)位置檢測(cè)應(yīng)變片，四個(gè)柔性臂上的4個(gè)位置 檢測(cè)應(yīng)變片組成一個(gè)全橋模式的橋接電路，一對(duì)解禪單元組成2個(gè)全橋模式的橋接電路。 或者，橋接電路由每個(gè)解禪單元選擇1個(gè)位置檢測(cè)應(yīng)變片與另一個(gè)解禪單元的1個(gè)位置檢 測(cè)應(yīng)變片組成半橋模式的橋接電路，一對(duì)解禪單元組成4個(gè)半橋模式的橋接電路。
[0014] 本實(shí)用新型在使用前，需要先校準(zhǔn)獲得比例系數(shù)心具體做法是：先用激光傳感器 檢測(cè)出當(dāng)前平臺(tái)的位移％，位置檢測(cè)應(yīng)變片的輸出電壓巧，即可得到= ^。 %：：
[0015] 進(jìn)一步，連桿延伸段尺寸大于連桿不含延伸段部分的尺寸。連桿呈L形。
[0016] 進(jìn)一步，解禪機(jī)構(gòu)包含沿X軸向設(shè)置的一對(duì)解禪單元和沿Y軸向設(shè)置的一對(duì)解禪 單元；每對(duì)解禪單元分別連接一個(gè)放大機(jī)構(gòu)，每個(gè)放大機(jī)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)微驅(qū)動(dòng)器。
[0017] 進(jìn)一步，每個(gè)解禪單元中，連接臂由平行的一對(duì)支臂組成；連接臂、柔性臂W及放 大機(jī)構(gòu)的連桿延伸段均較接于一連接件。
[0018] 進(jìn)一步，四個(gè)解禪單元W載物平臺(tái)的中屯、為圓屯、陣列分布，相鄰柔性臂較接于機(jī) 架上的同一較鏈，所有柔性臂圍成一個(gè)平行四邊形。
[0019] 進(jìn)一步，載物平臺(tái)呈正方形，解禪單元分別位于載物平臺(tái)各邊的中點(diǎn)，所有柔性臂 等長，柔性臂圍成一個(gè)正方形。
[0020] 進(jìn)一步，機(jī)架、雙搖桿機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)經(jīng)線切割獲得，機(jī)架和主動(dòng)搖桿之間 為第一切割縫隙，第一切割區(qū)域與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器間隙配合，主動(dòng)搖桿延伸段與機(jī)架之間 有間隙，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器通過預(yù)緊螺釘與主動(dòng)搖桿延伸段接觸；機(jī)架、主動(dòng)搖桿、被動(dòng)搖桿 圍成的區(qū)域?yàn)榈诙懈羁p隙；機(jī)架、被動(dòng)搖桿、連桿和柔性臂圍成的區(qū)域?yàn)榈?切割縫隙； 柔性臂和較鏈支臂之間的區(qū)域?yàn)榈谒那懈羁p隙；較鏈支臂、載物平臺(tái)和連接件之間的區(qū)域 為第五切割間隙；被動(dòng)搖桿與機(jī)架的較鏈、被動(dòng)搖桿與連桿的較鏈、主動(dòng)搖桿與連桿的較 鏈、主動(dòng)搖桿與機(jī)架的較鏈、連桿延伸段與連接件的較鏈均為雙切口柔性較鏈，較鏈支臂 與載物平臺(tái)和連接件的較接為單切口柔性較鏈。
[0021] 本實(shí)用新型在使用時(shí)，對(duì)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器施加通過功率放大器放大后的電壓，壓 電疊堆驅(qū)動(dòng)器伸長，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器將主動(dòng)搖桿延伸段向外推，主動(dòng)搖桿W其與機(jī)架的較 鏈為支點(diǎn)、使主動(dòng)搖桿的另一端向外擺動(dòng)；在連桿與主動(dòng)搖桿的較鏈的作用下，連桿的一端 也向外運(yùn)動(dòng)，連桿W其與被動(dòng)搖桿的較鏈為支點(diǎn)、使連桿延伸段向內(nèi)擺動(dòng)；在連桿與連接件 的較鏈的作用下，解禪機(jī)構(gòu)W柔性臂與機(jī)架的較鏈為支點(diǎn)，向X方向平動(dòng)，從而帶動(dòng)載物平 臺(tái)沿X方向平動(dòng)。
[0022] 由此可知，主動(dòng)搖桿作為第一個(gè)杠桿，當(dāng)主動(dòng)搖桿延伸段尺寸小于主動(dòng)搖桿不含 延伸段部分的尺寸時(shí)，對(duì)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的形變量進(jìn)行第一次放大；連桿作為第二個(gè)杠桿， 當(dāng)連桿延伸段尺寸大于連桿不含延伸段部分的尺寸時(shí)，對(duì)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的形變量進(jìn)行第 二次放大；解禪機(jī)構(gòu)則對(duì)位移放大機(jī)構(gòu)傳遞過來的形變量進(jìn)行解禪，使其只沿一個(gè)方向平 動(dòng)。主動(dòng)搖桿和連桿均為剛性件，因此他們對(duì)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的形變量是成比例的放大，通 過初始化校準(zhǔn)即可獲得壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器輸出的形變量與載物平臺(tái)的實(shí)際位移之間的比例 系數(shù)。將比例系數(shù)預(yù)存于工控機(jī)內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)施檢測(cè)平臺(tái)X方向的位移的目的了。對(duì)于 /方向的位移，也同理可得。
[0023] 當(dāng)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器失去電壓時(shí)，主動(dòng)搖桿、連桿和平行四邊形機(jī)構(gòu)復(fù)位，載物平臺(tái) 回到初始位置。
[0024] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0025] 1.通過雙搖桿機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的輸出位移的放大 和解禪，使得微動(dòng)平臺(tái)具有兩個(gè)維度方向上的大行程。
[0026] 2.放大機(jī)構(gòu)采用柔性較鏈，并通過線切割加工而成，整個(gè)柔性較鏈放大機(jī)構(gòu)為一 個(gè)整體，具有體積小、無機(jī)械摩擦、導(dǎo)向精度高、加工精度易于保證和不需要裝配的優(yōu)點(diǎn)。
[0027] 3.集成了位置檢測(cè)，便于進(jìn)行高精度的操作和控制。
[0028] 4.重量輕、操作方便，適用于微操作機(jī)器人系統(tǒng)和微機(jī)電系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2是柔性較鏈放大機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0031] 圖3是本實(shí)用新型控制結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖4是柔性較鏈放大機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 如圖1所示，基于柔性較鏈放大的壓電微動(dòng)平臺(tái)，包括機(jī)架1和載物平臺(tái)16;機(jī)架 1上安裝微驅(qū)動(dòng)器5和放大微驅(qū)動(dòng)器5的驅(qū)動(dòng)位移的放大機(jī)構(gòu)。
[0034] 如圖2所示，放大機(jī)構(gòu)為安裝于機(jī)架1上的雙搖桿機(jī)構(gòu)；雙搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)搖桿 12遠(yuǎn)離連桿17的一端設(shè)延伸段，主動(dòng)搖桿延伸段11的自由端抵住微驅(qū)動(dòng)器5 ;主動(dòng)搖桿12 及其延伸段11W主動(dòng)搖桿12與機(jī)架1的較接點(diǎn)為支點(diǎn)形成放大杠桿；主動(dòng)搖桿12延伸段 的長度小于主動(dòng)搖桿12不含延伸段的長度，因此，主動(dòng)搖桿12利用杠桿放大效應(yīng)第一次放 大微驅(qū)動(dòng)器5的位移。連桿17遠(yuǎn)離主動(dòng)搖桿12的一端設(shè)延伸段。載物平臺(tái)16與使其沿 指定方向平動(dòng)的解禪機(jī)構(gòu)連接，解禪機(jī)構(gòu)由至少一對(duì)解禪單元組成，兩個(gè)解禪單元關(guān)于載 物平臺(tái)16中屯、對(duì)稱；每個(gè)解禪單元由連接臂13和一對(duì)柔性臂14組成，每個(gè)柔性臂14一端 與機(jī)架1較接，另一端與連接臂13較接，連接臂13的另一端與載物平臺(tái)16較接；連桿17 延伸段與任一解禪單元較接。
[0035]驅(qū)動(dòng)微驅(qū)動(dòng)器5形變，W微驅(qū)動(dòng)器5將主動(dòng)搖桿12延伸段向外推為例，主動(dòng)搖桿 12W其與機(jī)架1的較鏈為支點(diǎn)、使主動(dòng)搖桿12的另一端向外擺動(dòng)；主動(dòng)搖桿12作為第一 個(gè)杠桿對(duì)微驅(qū)動(dòng)器5的形變量進(jìn)行第一次放大；在連桿17與主動(dòng)搖桿12的較鏈的作用下， 連桿17的一端也向外運(yùn)動(dòng)，連桿17W其與被動(dòng)搖桿18的較鏈為支點(diǎn)、使連桿17延伸段向 內(nèi)擺動(dòng)；在連桿17與連接件15的較鏈的作用下，平行四邊形機(jī)構(gòu)W其與機(jī)架1的較鏈為支 點(diǎn)，向X方向平動(dòng)，從而帶動(dòng)載物平臺(tái)16沿X方向平動(dòng)。當(dāng)微驅(qū)動(dòng)器5恢復(fù)形變時(shí)，主動(dòng)搖 桿12、連桿17