[发明专利]具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台与控制方法

说明书

本发明涉及一种具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台与控制方法，属于精密机械领域。该平台包括基础单元、驱动单元和动子单元。两组驱动单元安装在基础单元底座的左右两侧，且其安装位置可在不同的螺纹孔位置间进行调节。动子单元通过过盈配合安装在基础单元的轴承内。动子单元的转盘与驱动单元的半球形接触件之间的间隙通过预紧螺钉实现微调节。该平台的控制方法通过连续锯齿驱动波形实现连续旋转运动；通过线性驱动波形实现小范围精密运动；通过二者耦合驱动实现大行程、高精度宏微混合旋转定位。优点在于：结构简单、紧凑，加工、装配方便，在精密光学、精密加工、显微操作、微夹持、微观力学性能测试等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及精密机械领域，特别涉及一种具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台与控制方法，可用于精密光学、精密加工、显微操作、微夹持、微观力学性能测试等领域实现宏微混合精密定位。

背景技术

精密线性和旋转定位平台在科学界和工业界有广泛的应用和需求，如原子力显微镜、精密/超精密加工、光学校准/校直、微夹持、微纳米力学测试等。在逆压电效应的作用下，压电元件在驱动电压作用下会伸长输出微小位移。基于该效应，研究人员利用压电驱动元件设计了不同原理和结构的定位平台，典型的有压电直驱式、柔性结构放大式、惯性式、粘滑式和尺蠖仿生式等定位平台。然而，目前大多数压电精密定位平台是针对直线运动设计的，仅有少部分可实现一定的旋转运动。如文献（Sensors and Actuators A: Physical,2013, 194: 269-276）中，利用尺蠖仿生原理设计了一款压电旋转定位平台，然而，其结构、加工、装配和控制均十分复杂，限制了其实际应用。文献（Review of ScientificInstruments, 2013, 84: 096105）利用单一压电元件基于寄生运动原理设计了一款压电旋转定位平台，虽然其结构相比尺蠖式的简单许多，但是存在较为显著的回退运动，需进一步改进设计。文献（Sensors and Actuators A: Physical, 2016, 251: 179-187）报道了一款惯性式压电旋转定位平台，但是其回退运动较大，且承载能力有限。综上，可以看出，研制具有结构和控制简单、宏微混合驱动能力、承载能力大等实用性能指标的压电旋转定位平台依然是一个难点，也是急迫需要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台与控制方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明的具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台结构简单，而且通过调节驱动单元的安装位置可方便地实现输出性能调节；此外，其控制亦简单，通过锯齿驱动波形可方便地实现连续旋转运动，用于大行程定位，耦合线性驱动波形可实现小范围精密定位，为大行程、高精度宏微混合旋转定位提供一种可用方案。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台，包括基础单元、驱动单元和动子单元三部分，所述驱动单元通过螺钉8与基础单元的底座1连接，动子单元通过过盈配合与基础单元的轴承2连接。

所述的基础单元由底座1和轴承2组成；所述轴承2通过过盈配合安装在底座1的中心孔内；所述底座1上分布有多排螺纹孔，驱动单元安装在不同的螺纹孔位置实现输出性能调节。