本發(fā)明涉及精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種尺蠖型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。可應(yīng)用于精密與超精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)于微觀領(lǐng)域的探索早已是現(xiàn)代科技的研究熱點(diǎn)，而基于此類研究的裝置也不斷推陳出新，以滿足行業(yè)不斷提高的對(duì)精密定位、結(jié)構(gòu)微小型化的要求。尤其在精密與超精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、微小機(jī)器人等領(lǐng)域，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)裝置如普通電機(jī)、齒輪傳動(dòng)等方式以不能滿足精度要求。由于壓電驅(qū)動(dòng)具有體積小、精度高、響應(yīng)快、能耗低、不受磁場(chǎng)影響等優(yōu)點(diǎn)而在眾多驅(qū)動(dòng)方式中嶄露頭角，被越來越多的應(yīng)用于精密與超精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。

目前，一般的尺蠖型壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、工作可靠性差等缺點(diǎn)，這大大限制了在精密驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種尺蠖型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，解決了目前驅(qū)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、工作可靠性差等問題。本發(fā)明采用了驅(qū)動(dòng)單元、鉗位單元和轉(zhuǎn)子單元實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子繞其軸線進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的功能。本發(fā)明共采用三個(gè)壓電疊堆實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)單元、上下兩層鉗位單元的動(dòng)力來源，大大簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，并提高其工作可靠性。其中兩個(gè)壓電疊堆分別作用上下兩層鉗位單元，一個(gè)壓電疊堆作用于驅(qū)動(dòng)單元，三個(gè)壓電疊堆通過信號(hào)控制互相配合，按相應(yīng)時(shí)序交替運(yùn)動(dòng)，共同實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。整體具在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定等特征。

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

尺蠖型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，包括轉(zhuǎn)子單元、驅(qū)動(dòng)單元、上層鉗位單元和下層鉗位單元，所述轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子10與上層鉗位足7和下層鉗位足6以過渡配合關(guān)系裝配，所述驅(qū)動(dòng)單元的輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子下層15的凹槽以過盈配合關(guān)系裝配，所述上層鉗位單元的定子上層1與所述下層鉗位單元的定子下層15通過直板型柔性鉸鏈16相連。

所述的轉(zhuǎn)子單元為一圓柱體轉(zhuǎn)子10，用于輸出旋轉(zhuǎn)位移，在上、下層鉗位單元與驅(qū)動(dòng)單元的配合工作下，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述的驅(qū)動(dòng)單元包括壓電疊堆c13和輔助驅(qū)動(dòng)塊14，所述輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子下層15的凹槽以過盈配合關(guān)系裝配；所述壓電疊堆c13以過渡配合關(guān)系裝配于輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子上層1組成的槽中；對(duì)壓電疊堆c13施加驅(qū)動(dòng)電壓后，壓電疊堆c13伸長并在直板型柔性鉸鏈16的配合工作下推動(dòng)定子上層1產(chǎn)生相對(duì)于定子下層15的旋轉(zhuǎn)位移。

所述的上層鉗位單元包括壓電疊堆b3、定子上層1、預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓d18、預(yù)緊螺栓f20，所述壓電疊堆b3以過渡配合關(guān)系裝配于上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5內(nèi)；上層鉗位足7與轉(zhuǎn)子10間的預(yù)緊程度通過預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓d18、預(yù)緊螺栓f20調(diào)節(jié)；上層鉗位足7能夠在夾持轉(zhuǎn)子時(shí)實(shí)現(xiàn)自定心功能；所述壓電疊堆b3通過對(duì)應(yīng)信號(hào)控制，按照相應(yīng)時(shí)序夾緊和松開轉(zhuǎn)子，與驅(qū)動(dòng)單元配合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述的下層鉗位單元與上層鉗位單元結(jié)構(gòu)相同，包括壓電疊堆a(bǔ)2、定子下層15、預(yù)緊螺栓a11、預(yù)緊螺栓c17、預(yù)緊螺栓e19，所述壓電疊堆a(bǔ)2以過渡配合關(guān)系裝配于下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)4內(nèi)；下層鉗位足6與轉(zhuǎn)子10間的預(yù)緊程度通過預(yù)緊螺栓a11、預(yù)緊螺栓c17、預(yù)緊螺栓e19調(diào)節(jié)；下層鉗位足6能夠在夾持轉(zhuǎn)子時(shí)實(shí)現(xiàn)自定心功能；所述壓電疊堆a(bǔ)2通過對(duì)應(yīng)信號(hào)控制，按照相應(yīng)時(shí)序夾緊和松開轉(zhuǎn)子，與驅(qū)動(dòng)單元配合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述定子上層1中包含了由上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5與其兩側(cè)的上層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，起到放大壓電疊堆b3的位移輸出及改變其方向的作用，上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5的近中心端以及上層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)9的近中心端為上層鉗位足7，其沿圓周均勻分布以起到自定心作用；所述定子下層15與定子上層1結(jié)構(gòu)相同，包含了由下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)4與其兩側(cè)的下層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)8串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，起到放大壓電疊堆a(bǔ)2的位移輸出及改變其方向的作用，下層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)4的近中心端以及下層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)8的近中心端為下層鉗位足6，其沿圓周均勻分布以起到自定心作用。

本發(fā)明的有益效果在于：體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠性高，能夠提供連續(xù)、穩(wěn)定的精密旋轉(zhuǎn)位移。可用于精密與超精密加工、生物醫(yī)學(xué)工程、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。減小了結(jié)構(gòu)尺寸、減少了所需的壓電疊堆數(shù)量、降低了成本，同時(shí)提高驅(qū)動(dòng)平臺(tái)工作可靠性。具有控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)過程穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在微/納米精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(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)明的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的仰視結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本發(fā)明的輔助驅(qū)動(dòng)塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、定子上層；2、壓電疊堆a(bǔ)；3、壓電疊堆b；4、下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)；5、上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)；6、下層鉗位足；7、上層鉗位足；8、下層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)；9、上層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)；10、轉(zhuǎn)子；11、預(yù)緊螺栓a；12、預(yù)緊螺栓b；13、壓電疊堆c；14、輔助驅(qū)動(dòng)塊；15、定子下層；16、直板型柔性鉸鏈；17、預(yù)緊螺栓c；18、預(yù)緊螺栓d；19、預(yù)緊螺栓e；20、預(yù)緊螺栓f。

具體實(shí)施方式

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

參見圖1至圖3所示，本發(fā)明的尺蠖型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，轉(zhuǎn)子單元為一圓柱體，用于輸出旋轉(zhuǎn)位移；上層鉗位單元由壓電疊堆、定子上層、上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)、上層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)和預(yù)緊螺栓組成，壓電疊堆伸長時(shí)可使定子上層夾緊轉(zhuǎn)子；下層鉗位單元與上層鉗位單元結(jié)構(gòu)一致，由壓電疊堆、定子下層、下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)、下層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)和預(yù)緊螺栓組成，壓電疊堆伸長時(shí)可使定子下層夾緊轉(zhuǎn)子；驅(qū)動(dòng)單元由壓電疊堆、輔助驅(qū)動(dòng)塊組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。定子上、下層通過直板型柔性鉸鏈相連接。該驅(qū)動(dòng)平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制方便，工作穩(wěn)定可靠、行程大等優(yōu)點(diǎn)。具體結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子單元、驅(qū)動(dòng)單元、上層鉗位單元和下層鉗位單元，所述轉(zhuǎn)子單元的轉(zhuǎn)子10與上層鉗位足7和下層鉗位足6以過渡配合關(guān)系裝配，所述驅(qū)動(dòng)單元的輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子下層15的凹槽以過盈配合關(guān)系裝配，所述上層鉗位單元的定子上層1與所述下層鉗位單元的定子下層15通過直板型柔性鉸鏈16相連，。

所述的轉(zhuǎn)子單元為一圓柱體轉(zhuǎn)子10，用于輸出旋轉(zhuǎn)位移，在上、下層鉗位單元與驅(qū)動(dòng)單元的配合工作下，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述的驅(qū)動(dòng)單元包括壓電疊堆c13和輔助驅(qū)動(dòng)塊14，所述輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子下層15的凹槽以過盈配合關(guān)系裝配；所述壓電疊堆c13以過渡配合關(guān)系裝配于輔助驅(qū)動(dòng)塊14與定子上層1組成的槽中；對(duì)壓電疊堆c13施加驅(qū)動(dòng)電壓后，壓電疊堆c13伸長并在直板型柔性鉸鏈16的配合工作下推動(dòng)定子上層1產(chǎn)生相對(duì)于定子下層15的旋轉(zhuǎn)位移。

所述的上層鉗位單元包括壓電疊堆b3、定子上層1、預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓d18、預(yù)緊螺栓f20，所述壓電疊堆b3以過渡配合關(guān)系裝配于上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5內(nèi)；上層鉗位足7與轉(zhuǎn)子10間的預(yù)緊程度通過預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓d18、預(yù)緊螺栓f20調(diào)節(jié)；上層鉗位足7能夠在夾持轉(zhuǎn)子時(shí)實(shí)現(xiàn)自定心功能；所述壓電疊堆b3通過對(duì)應(yīng)信號(hào)控制，按照相應(yīng)時(shí)序夾緊和松開轉(zhuǎn)子，與驅(qū)動(dòng)單元配合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述的下層鉗位單元與上層鉗位單元結(jié)構(gòu)相同，包括壓電疊堆a(bǔ)2、定子下層15、預(yù)緊螺栓a11、預(yù)緊螺栓c17、預(yù)緊螺栓e19，所述壓電疊堆a(bǔ)2以過渡配合關(guān)系裝配于下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)4內(nèi)；下層鉗位足6與轉(zhuǎn)子10間的預(yù)緊程度通過預(yù)緊螺栓a11、預(yù)緊螺栓c17、預(yù)緊螺栓e19調(diào)節(jié)；下層鉗位足6能夠在夾持轉(zhuǎn)子時(shí)實(shí)現(xiàn)自定心功能；所述壓電疊堆a(bǔ)2通過對(duì)應(yīng)信號(hào)控制，按照相應(yīng)時(shí)序夾緊和松開轉(zhuǎn)子，與驅(qū)動(dòng)單元配合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述定子上層1中包含了由上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5與其兩側(cè)的上層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，起到放大壓電疊堆b3的位移輸出及改變其方向的作用，上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5的近中心端以及上層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)9的近中心端為上層鉗位足7，其沿圓周均勻分布以起到自定心作用；所述定子下層15與定子上層1結(jié)構(gòu)相同，包含了由下層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)4與其兩側(cè)的下層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)8串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，起到放大壓電疊堆a(bǔ)2的位移輸出及改變其方向的作用，下層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)4的近中心端以及下層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)8的近中心端為下層鉗位足6，其沿圓周均勻分布以起到自定心作用。

參見圖1至圖3所示，本發(fā)明的具體工作過程如下：

轉(zhuǎn)子步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，初始狀態(tài)時(shí)，上、下層鉗位單元與驅(qū)動(dòng)單元的壓電疊堆a(bǔ)2、壓電疊堆b3、壓電疊堆c13均處于失電狀態(tài)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)；首先對(duì)定子上層鉗位單元的壓電疊堆b3施加電壓，壓電疊堆b3伸長推動(dòng)上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5變形，上層橋式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)5推動(dòng)與之串聯(lián)的上層杠桿式柔性鉸鏈放大結(jié)構(gòu)9產(chǎn)生變形，與此同時(shí)，上層橋式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)5與上層杠桿式柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)9共同帶動(dòng)上層鉗位足7夾緊轉(zhuǎn)子10，完成了定子上層鉗位單元對(duì)轉(zhuǎn)子10的夾緊過程；然后在保持壓電疊堆b3電壓的同時(shí)，對(duì)驅(qū)動(dòng)單元的壓電疊堆c13施加電壓，壓電疊堆c13伸長，推動(dòng)定子上層鉗位單元產(chǎn)生相對(duì)定子下層鉗位單元的旋轉(zhuǎn)位移，轉(zhuǎn)子10也在上層鉗位單元的上層鉗位足7的摩擦力作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移；之后對(duì)定子下層鉗位單元的壓電疊堆a(bǔ)2施加電壓，其夾緊轉(zhuǎn)子過程與定子上層鉗位單元一致；再之后撤銷施加在定子上層鉗位單元的壓電疊堆b3上的電壓，使得定子上層鉗位單元松開轉(zhuǎn)子；最后撤銷施加在驅(qū)動(dòng)單元的壓電疊堆c13上的電壓，定子上層鉗位單元在與定子下層鉗位單元連接的直板型柔性鉸鏈的彈性作用下回復(fù)至初始位置，至此完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。通過施加對(duì)應(yīng)信號(hào)，不斷重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子連續(xù)、穩(wěn)定的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)位移。

尺蠖型旋轉(zhuǎn)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的控制信號(hào)有著嚴(yán)格的時(shí)序要求，通過改變時(shí)序可以改變轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)方向。由于采用了壓電疊堆驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)平臺(tái)還具有能量利用率高、輸出載荷大等特點(diǎn)。

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)人員來說，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)。