[发明专利]三维压电微纳驱动平台及其驱动方法

说明书

一种三维压电微纳驱动平台及其驱动方法，以解决当前驱动平台行程小、定位精度低和控制复杂等问题。本发明由X向定位装置、Y向定位装置、Z向定位装置、载物平台组成。本发明采用杠杆型驱动装置，在保证定位精度的前提下对输出的微位移进行放大，使得本驱动平台具有较大的行程，可显著提升驱动平台的机械输出性能；所设计的杠杆放大机构，装配简单，易于调节，且具有可更换性。与当前已有技术相比，本发明具有大行程、定位精度高、结构简单轻量化和低成本等特点，在光学精密仪器等微纳驱动领域中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种三维压电微纳驱动平台及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术

压电驱动技术是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的新型驱动方式，与传统的电磁驱动方式相比，具有低速大转矩（推力）、力矩密度高、设计灵活、结构紧凑、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰以及可不使用轴承和润滑等优点，在机器人关节驱动、精密仪器仪表、超精密加工、航空航天以及生命科学等领域均具有广泛的应用前景，是近年来精密特种驱动技术领域研究的热点之一。

多自由度精密驱动平台广泛应用于空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域。多自由度精密驱动平台按照驱动方式主要可分为电磁电机驱动的多自由度精密驱动平台和压电驱动的多自由度精密驱动平台。目前多数采用的是电磁电机的驱动方式，虽然可实现较大的行程，但是普遍存在定位精度较低且工作环境要求苛刻等问题；由于上述高端技术领域对高精度驱动装置的需求，使得压电驱动技术得到了迅速发展。当前基于压电驱动的精密平台主要包括直动式压电驱动平台、尺蠖式压电驱动平台、粘滑式压电驱动平台等方式，直动式压电驱动平台由于运动行程小的缺陷影响了其在微纳精密驱动技术领域的应用，尺蠖式压电驱动平台存在控制复杂且动子与定子间磨损严重等问题，而压电粘滑驱动平台因具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大和控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位技术领域。因此，为了克服直动式压电驱动平台和尺蠖式压电驱动平台存在的技术问题，基于粘滑驱动原理设计一种可实现大行程、高精度、结构简单以及寿命长的多自由度精密驱动平台显得尤为迫切。

发明内容

为了解决当前驱动平台行程小、定位精度低和控制复杂等问题，本发明公开了一种三维压电微纳驱动平台及其驱动方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种利用阶梯型杠杆放大机构实现方式的三维压电微纳驱动平台由X向定位装置、Y向定位装置螺栓、Y向定位装置、Z向定位装置螺栓、Z向定位装置、载物平台螺栓、载物平台、X向定位装置螺栓组成；所述X向定位装置通过X向定位装置螺栓固定安装在外围装置上，所述Y向定位装置通过Y向定位装置螺栓固定安装在X向定位装置上，Z向定位装置通过Z向定位装置螺栓固定安装在Y向定位装置上，载物平台通过载物平台螺栓固定安装在Z向定位装置上。

所述X向定位装置设置有杠杆型驱动装置Ⅰ、导轨装置Ⅰ、底座Ⅰ、安装螺栓Ⅰ；所述杠杆型驱动装置Ⅰ和导轨装置Ⅰ通过安装螺栓Ⅰ固定安装在底座Ⅰ上；所述Y向定位装置设置有杠杆型驱动装置Ⅱ、安装螺栓Ⅱ、导轨装置Ⅱ、底座Ⅱ；所述杠杆型驱动装置Ⅱ和导轨装置Ⅱ通过安装螺栓Ⅱ固定安装于底座Ⅱ上；所述Z向定位装置设置有底座Ⅲ、杠杆型驱动装置Ⅲ、安装螺栓Ⅲ、导轨装置Ⅲ；所述杠杆型驱动装置Ⅲ和导轨装置Ⅲ通过安装螺栓Ⅲ固定安装在底座Ⅲ上；所述载物平台设置有支撑架、载物台和载物台螺钉；载物台通过载物台螺钉固定安装在支撑架上。