專利名稱：兩自由度大行程高速高精度定位平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機電類，特別涉及一種應(yīng)用于精密加工機床、材料試件納米力學 性能的檢測、微機電系統(tǒng)、精密光學、航空航天和機器人等領(lǐng)域的兩自由度大行程高速高精 度定位平臺。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微電子學、生命科學、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物化學、半導體、光學、數(shù)據(jù)存儲、 超精密機械及其制造以及精密測量等學科的迅猛發(fā)展，人們對微納米級的精密定位技術(shù)和 微納米級的精密驅(qū)動技術(shù)有著越來越多的需求。因此各種具有精密定位或具有精密驅(qū)動的 驅(qū)動器被開發(fā)研制出來。傳統(tǒng)的驅(qū)動器一般采用步進電機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)精密定位或精 密驅(qū)動，或者采用手動細牙螺紋視線定位或驅(qū)動，近年來，隨著壓電驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，以壓 電陶瓷為動力轉(zhuǎn)換元件的精密定位或精密驅(qū)動的慣性沖擊式驅(qū)動器脫穎而出。傳統(tǒng)的驅(qū)動器存在結(jié)構(gòu)尺寸大、步進精度低、而且往返重復定位精度低、高精度的 滾珠絲杠加工困難等缺點；此外其中也有一些驅(qū)動器輸出穩(wěn)定、精度高，但行程小，只有幾 十微米，嚴重限制了其應(yīng)用的范圍。因此有必要設(shè)計一種定位精度和重復定位精度均較高， 同時具有較大行程的驅(qū)動器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種兩自由度大行程高速高精度定位平臺，解決了上述問題。本 實用新型結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，通過對壓電體隨所施加激勵信號的控制，可以實現(xiàn)驅(qū)動器的 高精度、大行程等功能。本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是兩自由度大行程高速高精度定位平臺采用上、中、下三層導軌的方法實現(xiàn)沿χ軸 和y軸的直線運動，采用耐磨的滑動導軌，以提高系統(tǒng)傳動精度；為了提高負載能力減小自 重，中間一層導軌既要實現(xiàn)直線運動，又要做上層導軌的支承導軌。上面一層導軌實現(xiàn)另一 個方向的直線運動。中間一層導軌和上面一層導軌可以同時運動，通過時序信號的控制可 以實現(xiàn)χ、y平面內(nèi)任意方向的直線運動。其驅(qū)動部分設(shè)計成雙側(cè)薄壁鉸鏈，使結(jié)構(gòu)緊湊并 且響應(yīng)迅速。為了實現(xiàn)任意方向運動，本實用新型采用兩組壓電疊堆共同作用，以便同時實 現(xiàn)x、y方向的往返運動。上層導軌面可固定一工作臺或者直接做工作臺使用。本實用新型的結(jié)構(gòu)包括相互配合的導軌15、導軌116以及由導軌5帶動的工作臺 2，其中，工作臺2分別通過柔性鉸鏈121、柔性鉸鏈1113與質(zhì)量塊II、質(zhì)量塊114相連；壓 電疊堆114、壓電疊堆1122通過楔形塊I、楔形塊II、楔形塊III、楔形塊IV15、16、23、24在 柔性鉸鏈121、柔性鉸鏈1113中進行預緊和定位；導軌15分別通過柔性鉸鏈11112、柔性鉸 鏈IV17與質(zhì)量塊1118、質(zhì)量塊IV3相連；壓電疊堆11111、壓電疊堆IV18通過楔形塊V、楔 形塊￥1、楔形塊￥111、楔形塊￥1119、10、19、20在柔性鉸鏈11112、柔性鉸鏈IV17中進行預 緊?？蓜硬考ㄟ^壓電疊堆在時序信號的控制作用下的慣性沖擊來實現(xiàn)?？蓪崿F(xiàn)大行程、高速、高精度的精密位移輸出。本實用新型的有益效果在于大大提高普通驅(qū)動器的驅(qū)動精度，降低結(jié)構(gòu)的復雜 性及尺寸，且具有成本低、投資少、見效快、效益高等優(yōu)點。

圖1是本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的主視示意圖；圖3是本實用新型的俯視示意圖；圖4是本實用新型的左視示意圖。
具體實施方式
參見圖1至圖4，本實用新型兩自由度大行程高速高精度定位平臺包括相互配合 的導軌15、導軌116以及由導軌15帶動的工作臺2，其中，工作臺2分別通過柔性鉸鏈121、 柔性鉸鏈1113與質(zhì)量塊II、質(zhì)量塊114相連；壓電疊堆114、壓電疊堆1122通過楔形塊I、 楔形塊II、楔形塊III、楔形塊IV15、16、23、24在柔性鉸鏈121、柔性鉸鏈1113中進行預緊 和定位；導軌15分別通過柔性鉸鏈11112、柔性鉸鏈IV17與質(zhì)量塊1118、質(zhì)量塊IV3相連； 壓電疊堆11111、壓電疊堆IV18通過楔形塊V、楔形塊VI、楔形塊VII、楔形塊VIII9、10、19、 20在柔性鉸鏈11112、柔性鉸鏈IV17中進行預緊?？蓜硬考ㄟ^壓電疊堆在時序信號的控 制作用下的慣性沖擊來實現(xiàn)?？蓪崿F(xiàn)大行程、高速、高精度的精密位移輸出。參見圖2，楔形塊V、楔形塊VI9、10通過柔性鉸鏈II112對壓電疊堆IIIll進行定 位和預緊。柔性鉸鏈III12 —端通過螺釘7連著質(zhì)量塊1118，增加慣性沖擊時的動量，從 而增大驅(qū)動力。另一端連著導軌15，驅(qū)動導軌運動。用柔性鉸鏈相連可以提高系統(tǒng)的靈敏 度，保證驅(qū)動精度。同樣，楔形塊I、楔形塊1115、16通過柔性鉸鏈1113對壓電疊堆114進 行定位和預緊。柔性鉸鏈一端連著質(zhì)量塊114，另一端連著工作臺2。如果，壓電疊堆11111、壓電疊堆IV18不帶電，壓電疊堆114或壓電疊堆1122在 時序信號的作用下伸長、縮短，從而帶動質(zhì)量塊Il或質(zhì)量塊114運動產(chǎn)生慣性沖擊，由于動 量守恒，使工作臺2沿直線左右運動。同理，如果壓電疊堆114、壓電疊堆1122不帶電，壓 電疊堆IIIll或壓電疊堆IV18在時序信號的作用下伸長、縮短，帶動質(zhì)量塊III8或質(zhì)量塊 IV3運動產(chǎn)生慣性沖擊，由于動量守恒使導軌I 5沿直線前后運動，從而帶動工作臺2前后 運動。這樣就實現(xiàn)了兩自由度運動。如果按照一定的時序型號對壓電疊堆114、壓電疊堆 1122、壓電疊堆III11、壓電疊堆IV18進行通電，那么工作臺2將可以實現(xiàn)平面內(nèi)任意方向 運動。
權(quán)利要求一種兩自由度大行程高速高精度定位平臺，其特征在于包括相互配合的導軌I(5)、導軌II(6)以及由導軌(5)帶動的工作臺(2)，其中，工作臺(2)分別通過柔性鉸鏈I(21)、柔性鉸鏈II(13)與質(zhì)量塊I(1)、質(zhì)量塊II(4)相連；壓電疊堆I(14)、壓電疊堆II(22)通過楔形塊I、楔形塊II、楔形塊III、楔形塊IV(15、16、23、24)在柔性鉸鏈I(21)、柔性鉸鏈II(13)中進行預緊和定位；導軌I(5)分別通過柔性鉸鏈III(12)、柔性鉸鏈IV(17)與質(zhì)量塊III(8)、質(zhì)量塊IV(3)相連；壓電疊堆III(11)、壓電疊堆IV(18)通過楔形塊V、楔形塊VI、楔形塊VII、楔形塊VIII(9、10、19、20)在柔性鉸鏈III(12)、柔性鉸鏈IV(17)中進行預緊。
專利摘要本實用新型涉及一種兩自由度大行程高速高精度定位平臺，屬于機電類。結(jié)構(gòu)包括相互配合的導軌及由導軌帶動的工作臺，工作臺通過柔性鉸鏈與質(zhì)量塊相連；壓電疊堆通過楔形塊在柔性鉸鏈中進行預緊和定位；導軌通過柔性鉸鏈與質(zhì)量塊相連；壓電疊堆通過楔形塊在柔性鉸鏈中進行預緊。優(yōu)點在于大大提高普通驅(qū)動器的驅(qū)動精度，降低結(jié)構(gòu)的復雜性及尺寸，且具有成本低、投資少、見效快、效益高等優(yōu)點。
文檔編號F16M11/18GK201680123SQ20102016372
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者曹洲里, 趙宏偉, 鄭福勝 申請人:鄭福勝