本實(shí)用新型屬于壓電精密致動(dòng)儀器領(lǐng)域，具體是一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著微電子技術(shù)，宇航，生物工程等學(xué)科的迅速發(fā)展，微定位系統(tǒng)在電子，光學(xué)，機(jī)械制造等技術(shù)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。所以微定位技術(shù)的研究對(duì)精密制造和和光學(xué)顯示等領(lǐng)域的發(fā)展有較好的促進(jìn)作用，微定位平臺(tái)是由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，由于壓電陶瓷的高精度，高分辨率，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，使得微定位平臺(tái)可以應(yīng)用在各種精密領(lǐng)域。

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器具有位移分辨率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)熱少、體積小、剛度高、響應(yīng)速度快、不收磁場(chǎng)干擾、無(wú)磨損、不許潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于微定位系統(tǒng)中。微定位平臺(tái)在最近幾年迅速發(fā)展，大多數(shù)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，之后帶動(dòng)平臺(tái)的微動(dòng)，目前采用比較多的有杠桿放大、三角放大、橋式放大基本原理，根據(jù)原理的不同，平臺(tái)表現(xiàn)出的特點(diǎn)就有所不同，為了使輸出的位移與輸入電壓有較好的線性關(guān)系，必須采用誤差小，有較好的剛度的放大機(jī)構(gòu)。

傳統(tǒng)的技術(shù)中使用二維微定位機(jī)構(gòu)，其運(yùn)用的是杠桿放大原理，但是運(yùn)用該原理帶來(lái)的回復(fù)力不足、誤差大、以及遲滯效應(yīng)的問(wèn)題一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員厄待解決的問(wèn)題；然而根據(jù)三角放大原理設(shè)計(jì)的位移放大機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)位移放大的倍數(shù)關(guān)系只與放大角有簡(jiǎn)單關(guān)系，且輸出力很穩(wěn)定，能達(dá)到快速精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)和定位的目的，因此將三角放大原理設(shè)計(jì)應(yīng)用于壓電精密致動(dòng)儀器領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)，采用了基于三角放大原理的位移放大機(jī)構(gòu)，每個(gè)放大機(jī)構(gòu)組成一個(gè)放大模塊，共三個(gè)放大模塊位于內(nèi)外圈之間，且均勻分布，即每個(gè)之間夾角為120°，最后形成并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)三個(gè)放大模塊的相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的精密定位。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)，包括基座，內(nèi)圈以及外圈，三組驅(qū)動(dòng)模塊共同連接同一個(gè)內(nèi)圈，以內(nèi)圈為中心，呈放射狀均勻分布。

所述的內(nèi)圈、外圈共圓心，且內(nèi)圈與外圈之間均勻連接有三組驅(qū)動(dòng)模塊，分別為第一驅(qū)動(dòng)模塊，第二驅(qū)動(dòng)模塊，第三驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)三個(gè)模塊的相互配合，可實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)各方向?qū)ΨQ(chēng)的作動(dòng)范圍。驅(qū)動(dòng)相鄰的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，可實(shí)現(xiàn)在兩模塊夾角內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍；

所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括壓電疊堆，位移放大機(jī)構(gòu)；所述壓電疊堆設(shè)置在位移放大機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，通過(guò)壓電疊堆得以施加預(yù)緊力。

進(jìn)一步，所述的壓電疊堆兩端通過(guò)楔形塊與位移放大機(jī)構(gòu)相連接，壓電疊堆相對(duì)作動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)模塊輸出位移方向正交，壓電疊堆通過(guò)兩個(gè)楔形塊與位移放大機(jī)構(gòu)固定預(yù)緊。

進(jìn)一步，所述的位移放大機(jī)構(gòu)有四個(gè)斜邊，所述的斜邊與驅(qū)動(dòng)方向成10°的薄板。所述的位移放大機(jī)構(gòu)的四個(gè)斜邊與壓電疊堆呈一定角度，能夠使得壓電疊堆伸長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)放大機(jī)構(gòu)變形時(shí)，從而帶動(dòng)垂直方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位移的放大。

進(jìn)一步，所述的位移放大機(jī)構(gòu)的斜邊與兩側(cè)連接處設(shè)置有柔性鉸鏈，柔性鉸鏈?zhǔn)侵肝灰品糯髾C(jī)構(gòu)的斜邊與兩側(cè)連接處的圓弧槽，此處最薄處只有0.5mm厚，其能夠?qū)崿F(xiàn)斜邊繞柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)。柔性鉸鏈的設(shè)置一方面減小結(jié)構(gòu)的剛度，方便壓電疊堆的安裝和更換，另一方面當(dāng)壓電疊堆伸長(zhǎng)時(shí)可繞鉸鏈處轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了傳統(tǒng)鉸鏈的摩擦。

進(jìn)一步，所述的放大機(jī)構(gòu)的一端設(shè)置球面凹槽和內(nèi)螺紋孔，另一端只設(shè)置有內(nèi)螺紋孔。

進(jìn)一步，所述的放大機(jī)構(gòu)設(shè)置有內(nèi)螺紋孔的一端通過(guò)螺釘與外圈連接；所述的放大機(jī)構(gòu)另一設(shè)置球面凹槽和內(nèi)螺紋孔的一端通過(guò)鋼珠和內(nèi)六角緊固螺釘與內(nèi)圈連接。通過(guò)內(nèi)六角緊固螺釘和鋼珠鎖緊與內(nèi)圈固定，內(nèi)圈與驅(qū)動(dòng)模塊是通過(guò)內(nèi)六角緊固螺釘預(yù)緊，使鋼珠嵌在兩球面內(nèi)，不僅減小了兩接觸面的摩擦，還減小了內(nèi)圈在驅(qū)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述的內(nèi)圈通過(guò)放大機(jī)構(gòu)與外圈相連，外圈通過(guò)螺栓固定在基座上，其中的外圈是固定在基座上，而內(nèi)圈是可以活動(dòng)的。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

1、應(yīng)用三向驅(qū)動(dòng)二維定位平臺(tái)，顯著縮短傳動(dòng)鏈，提高響應(yīng)速度，可連續(xù)在低頻率下工作，在單個(gè)疊堆工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)高分辨率致動(dòng)；

2、采用與傳統(tǒng)定位不一樣的定位方式，每組位移放大模塊均勻分布在內(nèi)外圈之間，可實(shí)現(xiàn)雙向的定位，定位精度可提高；

3、采用并聯(lián)組合形式，即由三個(gè)放大模塊共同連接同一個(gè)內(nèi)圈上，工作臺(tái)同時(shí)由三個(gè)壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有慣性小、剛度大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖2為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的立體圖；

圖3為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分解圖；

圖4為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊的構(gòu)建結(jié)構(gòu)分解圖；

圖5為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的固定外圈的立體圖；

圖6為本實(shí)用新型一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)內(nèi)圈的立體圖；

其中，1-基座，2-外圈，3-壓電疊堆，4-位移放大機(jī)構(gòu)，5-內(nèi)圈，6-內(nèi)六角緊固螺釘，7-鋼珠，8-楔形塊，9-M3沉頭孔，10-M2沉頭孔，11-M3螺紋孔，12-M6螺紋孔，13-第一驅(qū)動(dòng)模塊，14-第二驅(qū)動(dòng)模塊，15-第三驅(qū)動(dòng)模塊。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供一種三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)，為使本實(shí)用新型的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1~3所示，本實(shí)用新型的三向壓電驅(qū)動(dòng)的二維并聯(lián)精密定位機(jī)構(gòu)，包括基座1，內(nèi)圈5以及外圈2，其特征在于，所述的內(nèi)圈5、外圈2共圓心，且內(nèi)圈5與外圈2之間均勻連接有三組驅(qū)動(dòng)模塊，分別為第一驅(qū)動(dòng)模塊13，第二驅(qū)動(dòng)模塊14，第三驅(qū)動(dòng)模塊15；

所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括壓電疊堆3，位移放大機(jī)構(gòu)4；所述壓電疊堆3設(shè)置在位移放大機(jī)構(gòu)4的內(nèi)部。

如圖4所示，壓電疊堆3兩端通過(guò)楔形塊8與位移放大機(jī)構(gòu)4相連接，壓電疊堆3相對(duì)作動(dòng)方向與驅(qū)動(dòng)模塊輸出位移方向正交，壓電疊堆通過(guò)兩個(gè)楔形塊與位移放大機(jī)構(gòu)固定預(yù)緊。

位移放大機(jī)構(gòu)4有四個(gè)斜邊，所述的斜邊與驅(qū)動(dòng)方向成10°的薄板。所述的位移放大機(jī)構(gòu)4的四個(gè)斜邊與壓電疊堆3呈一定角度，能夠使得壓電疊堆3伸長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)放大機(jī)構(gòu)變形時(shí)，從而帶動(dòng)垂直方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)位移的放大。位移放大機(jī)構(gòu)4的斜邊與兩側(cè)連接處設(shè)置有柔性鉸鏈，柔性鉸鏈?zhǔn)侵肝灰品糯髾C(jī)構(gòu)4的斜邊與兩側(cè)連接處的圓弧槽，其能夠?qū)崿F(xiàn)斜邊繞柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖5~6所示，所述的內(nèi)圈5通過(guò)放大機(jī)構(gòu)4與外圈2相連，外圈2的上表面以及圓弧側(cè)面分別均勻設(shè)置有設(shè)置有M3沉頭孔9以及M2沉頭孔10，此處的沉頭孔9用于外圈2與基板1的固定，沉頭孔10用于連接驅(qū)動(dòng)模塊，外圈2通過(guò)螺栓固定在基座上，其中的外圈是固定在基座上，而內(nèi)圈5是活動(dòng)的，內(nèi)圈5上表面設(shè)置有M3螺紋孔11，此處的螺紋孔可用于連接外部的結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈5的圓弧外圍有三段橫向切面，橫向切面處設(shè)置有M6螺紋孔12，此處的螺紋孔用于連接驅(qū)動(dòng)模塊。

如圖3所示，本實(shí)用新型提供的二維壓電微位移定位平臺(tái)，由外圈2、第一驅(qū)動(dòng)模塊13，第二驅(qū)動(dòng)模塊14，第三驅(qū)動(dòng)模塊15、內(nèi)圈5組成，該二自由度并聯(lián)定位平臺(tái)包括三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊共同連接工作臺(tái)（即內(nèi)圈5），以工作臺(tái)為中心，呈放射狀分布。三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊第一驅(qū)動(dòng)模塊13，第二驅(qū)動(dòng)模塊14，第三驅(qū)動(dòng)模塊15成120°均勻布置在內(nèi)外圈中間，且使得內(nèi)外圈共圓心，每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊可在相應(yīng)角度驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)三個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的相互協(xié)作可使平臺(tái)實(shí)現(xiàn)二維的移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)XY平面移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，具體如下：

（1）30°~150°角度內(nèi)的平動(dòng)：

第一驅(qū)動(dòng)模塊13和第三驅(qū)動(dòng)模塊15兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)模塊輸入電壓信號(hào)，通過(guò)調(diào)整兩模塊的電壓差值，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈圓心在30°~150°范圍的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第二驅(qū)動(dòng)模塊14處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)模塊13和第三驅(qū)動(dòng)模塊15電壓值相同，則內(nèi)圈沿90°（Y軸正向）方向運(yùn)動(dòng)。

（2）150°~270°角度內(nèi)的平動(dòng)：

第一驅(qū)動(dòng)模塊13以及第二驅(qū)動(dòng)模塊14兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)模塊輸入電壓信號(hào)，通過(guò)調(diào)整兩模塊的電壓差值，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈圓心在150°~270°范圍的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第三驅(qū)動(dòng)模塊15處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)模塊13以及第二驅(qū)動(dòng)模塊14電壓值相同，則內(nèi)圈沿210°方向運(yùn)動(dòng)。

（3）270°~30°角度內(nèi)的平動(dòng)：

第二驅(qū)動(dòng)模塊14，第三驅(qū)動(dòng)模塊15兩個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)模塊輸入電壓信號(hào)，通過(guò)調(diào)整兩模塊的電壓差值，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈圓心在270°~30°范圍的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)第一驅(qū)動(dòng)模塊13處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)模塊14，第三驅(qū)動(dòng)模塊15電壓值相同，則內(nèi)圈沿330°方向運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型可以通過(guò)上述3個(gè)方向的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型需采用三向的控制信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算和分析能夠計(jì)算出機(jī)構(gòu)在直坐標(biāo)系下的位移，最后通過(guò)傳感器的反饋形成閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)更精密的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)放大模塊（第一驅(qū)動(dòng)模塊13）時(shí)，內(nèi)圈可沿150°的方向運(yùn)動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)放大模塊（第二驅(qū)動(dòng)模塊14）時(shí)，內(nèi)圈再沿270°方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)模塊13和第二驅(qū)動(dòng)模塊14對(duì)內(nèi)圈驅(qū)動(dòng)位移量相同時(shí)，此時(shí)內(nèi)圈的總位移方向?yàn)?10°方向。以同樣的方式，最終能實(shí)現(xiàn)內(nèi)圈的運(yùn)動(dòng)范圍為一個(gè)近似圓形區(qū)域。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將本說(shuō)明書(shū)看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。