本發(fā)明涉及精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的串并混連式三自由度精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)?？蓱?yīng)用于精密與超精密加工、顯微操作、微機(jī)電系統(tǒng)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為一種新型的驅(qū)動(dòng)方式，以其定位精度高、輸出力大、響應(yīng)迅速、無(wú)磁場(chǎng)干擾、效率高等優(yōu)點(diǎn)逐漸被應(yīng)用于眾多精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)中，尤其受到微小機(jī)器人、顯微操作、精密與超精密加工等領(lǐng)域的關(guān)注。目前存在的壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)多為單自由度或者二自由度，并且在結(jié)構(gòu)尺寸微小型化方向上仍有較大發(fā)展空間。驅(qū)動(dòng)平臺(tái)存在自由度少、結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大、工作可靠性差、定位精度不足等問(wèn)題。因此設(shè)計(jì)一種多自由度、結(jié)構(gòu)緊湊的壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)對(duì)于推動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用與研究是有重要意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電驅(qū)動(dòng)的串并混連式三自由度精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明采用了結(jié)構(gòu)上為串聯(lián)關(guān)系的上、下兩層驅(qū)動(dòng)單元，其中下層驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)z軸方向的精密直線位移，上層驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)結(jié)構(gòu)上為并聯(lián)關(guān)系的橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)x軸、y軸方向的精密直線位移，整個(gè)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的耦合運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于壓電驅(qū)動(dòng)的串并混連式三自由度精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，包括上層驅(qū)動(dòng)單元、下層驅(qū)動(dòng)單元，所述上層驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)連接螺栓a1、連接螺栓b2、連接螺栓c3、連接螺栓d4和連接螺母a7、連接螺母b8、連接螺母c13、連接螺母d14與下層驅(qū)動(dòng)單元緊固連接；所述上層驅(qū)動(dòng)單元為一體化結(jié)構(gòu)，包括上層基板5、‘s’形柔性鉸鏈14、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18、a型壓電疊堆ⅰ18和a型壓電疊堆ⅱ20，所述a型壓電疊堆ⅰ18、a型壓電疊堆ⅱ20分別安裝在上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18的內(nèi)部，作為驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力源；所述上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18沿上層驅(qū)動(dòng)單元對(duì)角線對(duì)稱分布，將a型壓電疊堆ⅰ18和a型壓電疊堆ⅱ20的位移輸出放大后傳遞至與其連接的載物平臺(tái)，分別產(chǎn)生x軸、y軸方向的位移；所述載物平臺(tái)作為整個(gè)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的位移輸出端，在x軸、y軸方向分別連接了一組‘s’形柔性鉸鏈15；所述s形柔性鉸鏈15在a型壓電疊堆ⅰ、ⅱ18、20失電收縮后將載物平臺(tái)推回至初始位置。

所述的下層驅(qū)動(dòng)單元為一體化結(jié)構(gòu)，包括上板6、下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9、下板10、b型壓電疊堆11、弓形支撐12，所述b型壓電疊堆9安裝在下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9內(nèi)部，作為下層驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力源；所述下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)呈十字形結(jié)構(gòu)，當(dāng)b型壓電疊堆9伸長(zhǎng)時(shí)，推動(dòng)下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)產(chǎn)生四個(gè)方向的位移，經(jīng)放大后傳遞至弓形支撐12上；所述弓形支撐12連接上板6和下板10，并放大從下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9傳遞過(guò)來(lái)的位移，推動(dòng)下層驅(qū)動(dòng)單元的上板6產(chǎn)生z軸方向位移；所述上板6將下層驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生的z軸方向位移傳遞至上層驅(qū)動(dòng)單元。

本發(fā)明的有益效果在于：可輸出x、y、z三個(gè)方向的精密位移，且體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡(jiǎn)單，定位精度高、工作穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于精密與超精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、顯微操作等領(lǐng)域。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)平臺(tái)具有位移輸出穩(wěn)定、載荷輸出大等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)小行程內(nèi)的高精度位移。本發(fā)明對(duì)于我國(guó)精密與超精密加工等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義，其在精密與超精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、顯微操作等眾多領(lǐng)域必定有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

1、連接螺栓a；2、連接螺栓b；3、連接螺栓c；4、連接螺栓d；5、上層基板；6、上板；7、連接螺母a；8、連接螺母b；9、下層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)；10、下層基座；11、b型壓電疊堆；12、弓形支撐；13、連接螺母c；14、連接螺母d；15、‘s’形柔性鉸鏈；16、載物平臺(tái)；17、上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)a；18、a型壓電疊堆?。?9、上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)b；20、a型壓電疊堆ⅱ。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式。

參見圖1及圖2所示，本發(fā)明的基于壓電驅(qū)動(dòng)的串并混連式三自由度精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，包括上層驅(qū)動(dòng)單元、下層驅(qū)動(dòng)單元，所述上層驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)連接螺栓a1、連接螺栓b2、連接螺栓c3、連接螺栓d4和連接螺母a7、連接螺母b8、連接螺母c13、連接螺母d14與下層驅(qū)動(dòng)單元緊固連接；所述上層驅(qū)動(dòng)單元為一體化結(jié)構(gòu)，包括上層基板5、‘s’形柔性鉸鏈14、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18、a型壓電疊堆ⅰ18和a型壓電疊堆ⅱ20，所述a型壓電疊堆ⅰ18、a型壓電疊堆ⅱ20分別安裝在上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18的內(nèi)部，作為驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力源；所述上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)b18沿上層驅(qū)動(dòng)單元對(duì)角線對(duì)稱分布，將a型壓電疊堆ⅰ18和a型壓電疊堆ⅱ20的位移輸出放大后傳遞至與其連接的載物平臺(tái)，分別產(chǎn)生x軸、y軸方向的位移；所述載物平臺(tái)作為整個(gè)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的位移輸出端，在x軸、y軸方向分別連接了一組‘s’形柔性鉸鏈15；所述s形柔性鉸鏈15在a型壓電疊堆ⅰ、ⅱ18、20失電收縮后將載物平臺(tái)推回至初始位置。

所述的下層驅(qū)動(dòng)單元為一體化結(jié)構(gòu)，包括上板6、下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9、下板10、b型壓電疊堆11、弓形支撐12，所述b型壓電疊堆9安裝在下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9內(nèi)部，作為下層驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力源；所述下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)呈十字形結(jié)構(gòu)，當(dāng)b型壓電疊堆9伸長(zhǎng)時(shí)，推動(dòng)下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)產(chǎn)生四個(gè)方向的位移，經(jīng)放大后傳遞至弓形支撐12上；所述弓形支撐12連接上板6和下板10，并放大從下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9傳遞過(guò)來(lái)的位移，推動(dòng)下層驅(qū)動(dòng)單元的上板6產(chǎn)生z軸方向位移；所述上板6將下層驅(qū)動(dòng)單元產(chǎn)生的z軸方向位移傳遞至上層驅(qū)動(dòng)單元。

參見圖1及圖2所示，本發(fā)明的具體工作過(guò)程如下：

載物平臺(tái)x軸、y軸方向位移的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)對(duì)a型壓電疊堆ⅰ18施加電壓時(shí)，a型壓電疊堆ⅰ18壓電疊堆伸長(zhǎng)，輸出位移在經(jīng)上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)a17放大后推動(dòng)載物平臺(tái)16沿y軸方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)a型壓電疊堆ⅰ18失電回復(fù)至初始長(zhǎng)度時(shí)，載物平臺(tái)16在與之相連的‘s’形柔性鉸鏈的彈性作用下回復(fù)至初始位置。當(dāng)對(duì)a型壓電疊堆ⅱ20施加電壓時(shí)，上層驅(qū)動(dòng)單元的載物平臺(tái)將會(huì)沿x軸方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程與沿y軸方向運(yùn)動(dòng)過(guò)程一致。

載物平臺(tái)z軸方向位移的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)對(duì)b型壓電疊堆11施加電壓時(shí)，基于逆壓電效應(yīng)，b型壓電疊堆11伸長(zhǎng)，首先推動(dòng)下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9沿z軸方向發(fā)生形變，下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9將形變放大后傳遞至與之連接的弓形支撐12，所述弓形支撐12將形變?cè)俅畏糯蠛笸苿?dòng)上板6產(chǎn)生沿z軸方向的位移，同時(shí)上板6推動(dòng)與之緊固連接的上層驅(qū)動(dòng)單元，帶動(dòng)載物平臺(tái)16產(chǎn)生z軸方向位移。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。