[发明专利]结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台

说明书

本发明公开了结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台以及动台面，动台面的下方设有两条挡条，两条挡条之间设置有钳位和驱动机构，第一驱动组和第二驱动组通过支架连接；第一钳位组和第一驱动组之间，以及第二驱动组和第二钳位组之间分别通过桥接部连接；第一钳位组和第二钳位组沿着垂直于挡条方向作伸缩钳位运动，第一驱动组和第二驱动组分别沿着挡条的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组、第一驱动组、第二钳位组和第二驱动组的时序控制使动台面作尺蠖式行走和定位。本发明结构紧凑、动台面大、钳位与驱动机构一体化、对钳位与驱动机构的加工和装配精度要求低、钳位和释放充分、可断电钳位、运动速度快、运动误差小。

技术领域

本发明属于纳米定位技术领域，涉及大行程、高分辨率的纳米定位平台，特别涉及结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台。

背景技术

压电尺蠖直线平台是一种大行程、高分辨的精密定位平台。它基于仿生学中的尺蠖爬行原理，将压电执行器的微小位移不断累加，从而成为连续的大行程位移。相对于电磁式直线电机型平台，压电尺蠖直线平台具有体积小、不发热，易于控制，不存在端部效应及推力波动等优点；相对于超声谐振式、惯性驱动式等压电直线平台，具有输出力大、功率密度大、定位稳定、无摩擦磨损等优点。因此，在大行程、高分辨率、精密定位领域，压电尺蠖直线平台更具有优势。但目前的压电尺蠖直线平台还存在以下不足：

1) 采用外钳位方式(即钳位机构位于动台面的外侧) 对动台面进行钳位，平台结构不紧凑、动台面小；

2) 结构为分体式，即先分别设计、制作出钳位机构、驱动机构，然后再将它们装配成一体，不仅装配和调节过程复杂，而且会降低钳位机构与驱动机构之间的接触刚度，增大阻尼，进而使平台的固有频率降低，动态响应特性变差；

3) 钳位单元的钳位位移或释放位移为其中的压电执行器的输出位移，而压电执行器的输出位移很小，为使钳位单元能够可靠地钳位与释放，就要求钳位单元及驱动单元要有非常高的加工及装配精度；

4) 钳位单元的输出位移较小，会使钳位单元不能充分钳位或释放动台面，而动台面不能充分钳位，其受到的钳位力就会较小，运动稳定性就会降低；动台面不能被充分释放，就会产生严重的摩擦磨损，降低平台的寿命；

5) 平台不能自锁（即不能断电钳位），就是平台在不工作时，动台面不能被钳位单元夹紧；

6) 驱动机构在工作过程中也做直线运动，从而使平台的运动质量变大，不利于平台的快速移动；

7) 驱动单元的单步位移为其中的压电执行器的输出位移，往往很小，从而使平台的运动速度较低；

8) 没有专门的导向机构，平台的定位动精度取决于钳位机构和驱动机构的加工及装配精度，为使平台具有较小的运动误差，钳位机构和驱动机构的加工及装配精度就要很高，这就使得平台在实现高运动精度方面相对困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，提供结构紧凑、动台面大、钳位与驱动机构一体化、对钳位机构和驱动机构加工和装配精度要求低、钳位和释放充分、可断电钳位、运动速度快、运动误差小的结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：结构一体化原位驱动全位移放大式压电尺蠖直线平台，包括定平台以及通过交叉滚柱导轨滑动连接的动台面，动台面的下方设有两条分别与交叉滚柱导轨平行的挡条，且挡条设于两条交叉滚柱导轨之间；两条挡条之间沿着挡条长度方向顺次设置有第一钳位组、第一驱动组、第二驱动组和第二钳位组，定平台包括连接第一驱动组和第二驱动组的支架；第一钳位组和第一驱动组之间，以及第二驱动组和第二钳位组之间分别通过桥接部连接；第一钳位组和第二钳位组沿着垂直于挡条方向作伸缩钳位运动，第一驱动组和第二驱动组分别沿着挡条的长度方向作伸缩运动；通过对第一钳位组、第一驱动组、第二钳位组和第二驱动组的时序控制使动台面作尺蠖式行走和定位。