[发明专利]三自由度一体化粘滑式直线定位装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位装置。

背景技术

纳米定位技术是纳米操作技术的基础，随着纳米技术的快速发展，越来越多的应用领域需要体积小且具有纳米级定位精度和毫米级运动行程的多自由度定位装置。目前这类定位装置多数采用粘滑驱动方式，即利用物体接触表面间的动静摩擦力实现步进位移，当接触表面间摩擦力为静摩擦力时，两物体不发生相对位移；当接触表面间摩擦力为动摩擦力时，两物体发生相对位移，通过控制物体间的相对速度，可实现摩擦力状态的切换。当物体间相对速度周期变化时，摩擦力状态随之周期性变化，从而实现物体间连续的相对位移，通过控制制动元件的运动方式，可实现连续位移的方向和步长。但是，现有粘滑式多自由度直线定位装置均由单自由度直线定位装置组合而成，不仅体积大，而且装配误差对各位移方向间的垂直性也有较大影响，降低了其实际定位精度。

发明内容

本发明的目的是为解决现有定位装置存在的体积大、装配误差大和定位精度低的问题，进而提供一种三自由度一体化粘滑式直线定位装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的三自由度一体化粘滑式直线定位装置包括承载盖、驱动单元和基台，所述的承载盖包括承载板和与驱动单元相配合的盖套，盖套固接在承载板的板面上，所述的驱动单元包括第一压块、第二压块、弹性驱动座、压电陶瓷驱动器、导向柱、触足、位移板、预紧压板和多个滚珠，所述的弹性驱动座为具有一个方形空腔的驱动座，第一压块和第二压块均设置在弹性驱动座的上弹性板的上方，第二压块和第一压块之间夹持有导向柱且第二压块和第一压块可拆卸连接，导向柱的下端面与弹性驱动座的上弹性板的上端面连接，弹性驱动座的方形空腔内沿导向柱的轴向由上至下依次设有压电陶瓷驱动器、触足、位移板和预紧压板，压电陶瓷驱动器的上端面与弹性驱动座的上弹性板的下端面连接，压电陶瓷驱动器的下端面与触足的上端面连接，触足的下端面与位移板的上端面连接，预紧压板的上端面上设有多个盲孔，每个盲孔内设有一个滚珠，位移板的下端面与多个滚珠的外端面滑动接触，预紧压板的下端面与弹性驱动座的下弹性板的上端面连接，位移板的长度方向的两端设置在弹性驱动座的方形空腔的外部且分别与基台可拆卸连接，下弹性板的下部设有一个第二空腔，承载盖与第二压块可拆卸连接。

本发明的有益效果是：本发明的三自由度一体化粘滑式直线定位装置具有结构紧凑，体积小，装配误差小，定位精度高的优点。

本发明的弹性驱动座为整体加工的弹性结构，其上弹性板传递压电陶瓷驱动器竖直方向的位移输出，实现动平台的竖直运动。位移板被预紧压板紧压在压电陶瓷驱动器另一端面，当压电陶瓷驱动器输出预定时序平面位移时，驱动单元相对位移板做平面位移运动。

本发明将具有三轴(X轴、Y轴和Z轴)的压电陶瓷驱动器集成到一个驱动单元内实现三自由度定位运动，既使结构更为紧凑，又避免了三个定位装置装配带来的误差。本发明采用的压电陶瓷驱动器，具有高位移输出分辨率(亚纳米级)、高频响(可达几十kHz)、高可靠性、体积小、输出力大等优点，可实现(X轴、Y轴和Z轴)三个自由度的直线位移输出。本发明的压电陶瓷驱动器被机械固定于驱动单元内，该方式可以有效保护压电陶瓷驱动器不被外力损坏，同时也消除了因冲击和震动引起的三个位移轴的旋转和侧向位移，驱动座上端的导向柱通过两个压块的夹持定位，可使两压块同步上下运动，避免压块发生微小旋转位移从而改变摩擦力状态参数，有效保证了导向柱上摩擦力的均匀性，预紧压板上装有多个滚珠，其在实现平面导向作用的同时最大限度地减小位移板运动时的摩擦阻力。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图，图2是图1的分解图，图3是驱动单元的整体结构主视图，图4是第一压块和第二压块连接结构俯视图，图5是预紧压板的俯视图，图6是承载盖的整体结构主视图，图7是图6的仰视图，图8是基台的整体结构主视图，图9是图8的俯视图。

具体实施方式