两自由度大行程高速高精度定位平台.pdf

摘要
申请专利号：	CN201010150708.7	申请日：	2010.04.20
公开号：	CN101858477A	公开日：	2010.10.13
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):F16M 11/18申请日:20100420授权公告日:20110914终止日期:20140420\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F16M 11/18申请日:20100420\|\|\|公开
IPC分类号：	F16M11/18; F16M11/04	主分类号：	F16M11/18
申请人：	郑福胜
发明人：	郑福胜; 赵宏伟; 曹洲里
地址：	130025 吉林省长春市人民大街5988号
优先权：
专利代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司 22201	代理人：	朱世林;王怡敏
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内容摘要

本发明涉及一种两自由度大行程高速高精度定位平台，属于机电类。结构包括相互配合的导轨及由导轨带动的工作台，工作台通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧和定位；导轨通过柔性铰链与质量块相连；压电叠堆通过楔形块在柔性铰链中进行预紧。优点在于：大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。

权利要求书

1.一种两自由度大行程高速高精度定位平台，其特征在于：包括相互配合的导轨I(5)、导轨II(6)以及由导轨(5)带动的工作台(2)，其中，工作台(2)分别通过柔性铰链I(21)、柔性铰链II(13)与质量块I(1)、质量块II(4)相连；压电叠堆I(14)、压电叠堆II(22)通过楔形块I、楔形块II、楔形块III、楔形块IV(15、16、23、24)在柔性铰链I(21)、柔性铰链II(13)中进行预紧和定位；导轨I(5)分别通过柔性铰链III(12)、柔性铰链IV(17)与质量块III(8)、质量块IV(3)相连；压电叠堆III(11)、压电叠堆IV(18)通过楔形块V、楔形块VI、楔形块VII、楔形块VIII(9、10、19、20)在柔性铰链III(12)、柔性铰链IV(17)中进行预紧。

说明书

两自由度大行程高速高精度定位平台

技术领域

本发明涉及机电类，特别涉及一种应用于精密加工机床、材料试件纳米力学性能的检测、微机电系统、精密光学、航空航天和机器人等领域的两自由度大行程高速高精度定位平台。

技术背景

近年来，随着微电子学、生命科学、医药卫生、生物化学、半导体、光学、数据存储、超精密机械及其制造以及精密测量等学科的迅猛发展，人们对微纳米级的精密定位技术和微纳米级的精密驱动技术有着越来越多的需求。因此各种具有精密定位或具有精密驱动的驱动器被开发研制出来。传统的驱动器一般采用步进电机带动滚珠丝杠实现精密定位或精密驱动，或者采用手动细牙螺纹视线定位或驱动，近年来，随着压电驱动技术的发展，以压电陶瓷为动力转换元件的精密定位或精密驱动的惯性冲击式驱动器脱颖而出。

传统的驱动器存在结构尺寸大、步进精度低、而且往返重复定位精度低、高精度的滚珠丝杠加工困难等缺点；此外其中也有一些驱动器输出稳定、精度高，但行程小，只有几十微米，严重限制了其应用的范围。因此有必要设计一种定位精度和重复定位精度均较高，同时具有较大行程的驱动器。

发明内容

本发明提供一种两自由度大行程高速高精度定位平台，解决了上述问题。本发明结构简单，容易实现，通过对压电体随所施加激励信号的控制，可以实现驱动器的高精度、大行程等功能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

两自由度大行程高速高精度定位平台采用上、中、下三层导轨的方法实现沿x轴和y轴的直线运动，采用耐磨的滑动导轨，以提高系统传动精度；为了提高负载能力减小自重，中间一层导轨既要实现直线运动，又要做上层导轨的支承导轨。上面一层导轨实现另一个方向的直线运动。中间一层导轨和上面一层导轨可以同时运动，通过时序信号的控制可以实现x、y平面内任意方向的直线运动。其驱动部分设计成双侧薄壁铰链，使结构紧凑并且响应迅速。为了实现任意方向运动，本发明采用两组压电叠堆共同作用，以便同时实现x、y方向的往返运动。上层导轨面可固定一工作台或者直接做工作台使用。

本发明的结构包括相互配合的导轨I5、导轨II6以及由导轨5带动的工作台2，其中，工作台2分别通过柔性铰链I21、柔性铰链II13与质量块I1、质量块II4相连；压电叠堆I14、压电叠堆II22通过楔形块I、楔形块II、楔形块III、楔形块IV15、16、23、24在柔性铰链I21、柔性铰链II13中进行预紧和定位；导轨I5分别通过柔性铰链III12、柔性铰链IV17与质量块III8、质量块IV3相连；压电叠堆III11、压电叠堆IV18通过楔形块V、楔形块VI、楔形块VII、楔形块VIII9、10、19、20在柔性铰链III12、柔性铰链IV17中进行预紧。可动部件通过压电叠堆在时序信号的控制作用下的惯性冲击来实现。可实现大行程、高速、高精度的精密位移输出。

本发明的有益效果在于：大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的主视示意图；

图3是本发明的俯视示意图；

图4是本发明的左视示意图。

具体实施方式：

参见图1至图4，本发明两自由度大行程高速高精度定位平台包括：相互配合的导轨I5、导轨II6以及由导轨I5带动的工作台2，其中，工作台2分别通过柔性铰链I21、柔性铰链II13与质量块I1、质量块II4相连；压电叠堆I14、压电叠堆II22通过楔形块I、楔形块II、楔形块III、楔形块IV15、16、23、24在柔性铰链I21、柔性铰链II13中进行预紧和定位；导轨I5分别通过柔性铰链III12、柔性铰链IV17与质量块III8、质量块IV3相连；压电叠堆III11、压电叠堆IV18通过楔形块V、楔形块VI、楔形块VII、楔形块VIII9、10、19、20在柔性铰链III12、柔性铰链IV17中进行预紧。可动部件通过压电叠堆在时序信号的控制作用下的惯性冲击来实现。可实现大行程、高速、高精度的精密位移输出。

参见图2，楔形块V、楔形块VI9、10通过柔性铰链III12对压电叠堆III11进行定位和预紧。柔性铰链III12一端通过螺钉7连着质量块III8，增加惯性冲击时的动量，从而增大驱动力。另一端连着导轨I5，驱动导轨运动。用柔性铰链相连可以提高系统的灵敏度，保证驱动精度。同样，楔形块I、楔形块II15、16通过柔性铰链II13对压电叠堆I14进行定位和预紧。柔性铰链一端连着质量块II4，另一端连着工作台2。

如果，压电叠堆III11、压电叠堆IV18不带电，压电叠堆I14或压电叠堆II22在时序信号的作用下伸长、缩短，从而带动质量块I1或质量块II4运动产生惯性冲击，由于动量守恒，使工作台2沿直线左右运动。同理，如果压电叠堆I14、压电叠堆II22不带电，压电叠堆III11或压电叠堆IV18在时序信号的作用下伸长、缩短，带动质量块III8或质量块IV3运动产生惯性冲击，由于动量守恒使导轨I5沿直线前后运动，从而带动工作台2前后运动。这样就实现了两自由度运动。如果按照一定的时序型号对压电叠堆I14、压电叠堆II22、压电叠堆III11、压电叠堆IV18进行通电，那么工作台2将可以实现平面内任意方向运动。