[实用新型]新型尺蠖式仿生爬行压电精密驱动平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及微小型行走机器人、超精密加工、微机电系统等重要科学工程领域，特别涉及一种新型尺蠖式仿生爬行压电精密驱动平台。基于自然界尺蠖运动的仿生学原理，采用压电叠堆驱动及柔性铰链导向放大，实现纳米级别大行程精密运动。 

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，尤其是在超精密微细加工与测量技术、微机电系统、微型行走机器人、精密光学工程、航空航天技术、半导体制造、现代医学及生物遗传工程等诸多尖端科技领域，而传统的驱动器受制于其体积大、分辨率低、精度差等致命缺点已无法满足尖端科技领域的需求，故对高性能的精密直线驱动技术的需求愈发强烈，各国科学工作人员也都倾力研究性能优越的微位移精密驱动器。其中压电驱动器具有尺寸形状紧凑、惯性小、频响快、输出负载大、不受磁场影响、易于控制、驱动分辨率在纳米级等特点；而柔性铰链具有无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高等优点；采用压电叠堆进行钳位与驱动、柔性铰链导向与位移放大的精密驱动器结构紧凑，具有纳米级的定位精度。其中基于压电驱动器的蠕动式精密直线驱动器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通过对压电叠堆微小步距位移的积累，可实现小步距、理论行程无限大、高分辨率的精密双向步进运动。以往的驱动器往往存在结构尺寸偏大、驱动分辨率低、可重复性差、难于加工装配等缺点。因此，设计一种纳米级定位精度和重复定位精度性能优良，并且钳位稳定可靠，驱动位平稳的尺蠖式爬行压低精密仿生运动平台是十分有必要的。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型尺蠖式仿生爬行压电精密驱动平台，解决了现有技术存在的上述问题。基于自然界尺蠖运动的仿生学，运动分辨率在纳米级别，行程可为无限大。通过控制动子中压电叠堆的控制时序，来实现动子沿着固定导轨的类似尺蠖爬行时的仿生运动，从而驱动工作台的精密运动。 

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现： 

新型尺蠖式仿生爬行压电精密驱动平台，包括动子单元、定子单元及工作台6，所述动子单元包括柔性铰链5、精密钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8、精密驱动压电叠堆9、预紧螺钉10及连接预紧螺钉7，所述定子单元包括基座1及导轨3两部分，所述导轨3通过沉头螺钉2与基座1固定连接，钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8分别置于柔性铰链5的两端，并分别通过预紧螺钉10预紧；驱动压电叠堆9通过锁紧螺钉7与柔性铰链5连接，所述柔性铰链5的上部与工作台6连接，钳位爪与导轨3过渡配合，保证了动子运动过程中运动的稳定可靠；通过控制钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8、驱动压电叠堆9的控制时序，实现尺蠖爬行运动。

所述的柔性铰链5呈对称式结构，整体机械结构浑然一体，保证了钳位、驱动性能的稳定。 

所述的工作台6输出端开有连接用螺纹孔，为可变式接口平台。 

所述的工作台6与柔性铰链5连接处的耳环采用柔性铰链设计，且成对称式布置，抵消了驱动压电叠堆9伸长与缩短对工作台6的影响。 

所述动子单元采用柔性铰链5进行导向与放大，传动过程中无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高。 

所述柔性铰链5采用数控铣-线切割-热处理-精密磨削一体化加工无需装配，保证了精密的尺寸精度及形位精度；所述柔性铰链5钳位、驱动部分均采用“椭圆形”桥式位移放大机构，放大了压电叠堆的有效行程，使其钳位稳定可靠、驱动步距增大，应用更为广泛； 

所述柔性铰链5端部有钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8和驱动压电叠堆9的预紧机构，分别通过预紧螺钉10、连接预紧螺钉7预紧，避免对精密钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8和驱动压电叠堆9的损伤；

采用柔性铰链代替传统的运动副，无机械摩擦，无间隙，运动灵敏度高；通过控制动子中钳位压电叠堆Ⅰ、Ⅱ4、8、驱动压电叠堆9的控制时序，可以实现类似“尺蠖”爬行运动，改变控制时序亦可改变运动方向。其运动分辨率在纳米级别，行程可为无限大。

本实用新型的有益效果在于：可以实现纳米级精密直线驱动功能，运动过程中钳位平稳、可靠、驱动效率高等特点。可用于微小型行走机器人、超精密驱动和加工、微机电系统等领域，目的在于提升微小型行走机器人、超精密加工的微动精度、减小结构尺寸，同时改善传统驱动器的结构复杂、尺寸偏大以及性能不可靠等劣势，具有结构紧凑、理论行程无限大、钳位过程稳定可靠、成本低、见效快、效益高等优点，在微纳米精密驱动与定位领域中具有广泛的应用前景。 

附图说明