[发明专利]一种五自由度压电定位调姿机构及其激励方法

说明书

本发明提供的一种五自由度压电定位调姿机构及其激励方法，上侧驱动足、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、绝缘块、层叠式扭转型压电驱动器、中间夹板、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和下侧驱动足由上至下依次连接，动子与上侧驱动足的顶面接触，基座的上表面与下侧驱动足的下端接触，中间夹板与纵向导轨滑动连接，纵向导轨与横向导轨滑动连接且交叉布置，横向导轨与基座连接。本发明结构简单、激励方法可靠，可以获得大尺度和高精度的多自由度运动，在细胞操作、显微手术、光学调整以及超精密加工等领域具有广阔的应用前景，也会对精密压电驱动技术的发展产生一定的促进作用。

技术领域

本发明涉及一种压电定位调姿机构及其激励方法，具体地，涉及一种五自由度压电定位调姿机构及其激励方法，属于压电驱动技术领域。

背景技术

在细胞操作、显微手术、光学调整以及超精密加工等领域，可以实现超精密定位和调姿运动的装置具有十分重要的作用，用于实现样品位置和姿态的调整，进而才能实现相应的操作。尽管众多原理和结构的精密驱动器相继被提出甚至应用，但是能够同时实现大行程、高精度和多自由度运动的驱动器还比较少见。尤其是对于超精密压电驱动器而言，其结构简单、分辨力高、电磁兼容性好等特点受到了广泛的关注，在实现多自由度的定位和调姿方面则面临着结构繁琐、激励方法复杂，以及行程受限等问题，这些都限制了超精密压电驱动技术的进一步推广和应用，并急需得到解决。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五自由度压电定位调姿机构及其激励方法，以解决目前调姿机构与定位机构难以融合设计以及驱动元件单一、行程较小、结构繁琐的技术问题。

本发明提供了一种五自由度压电定位调姿机构，包括：动子、驱动单元、纵向导轨、横向导轨以及基座，其中，所述驱动单元包括：上侧驱动足、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、绝缘块、层叠式扭转型压电驱动器、中间夹板、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器以及下侧驱动足；所述上侧驱动足、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、绝缘块、层叠式扭转型压电驱动器、中间夹板、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和下侧驱动足由上至下依次连接，所述动子与所述上侧驱动足的顶面接触，所述基座的上表面与所述下侧驱动足的下端接触，所述中间夹板与所述纵向导轨滑动连接，所述纵向导轨与所述横向导轨滑动连接且交叉布置，所述横向导轨与所述基座连接。

进一步的，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器以及下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器均由多片压电陶瓷纵向依次连接而成，且每片压电陶瓷包含四个极化分区。

进一步的，所述四个极化分区中，其中一对为纵深方向弯曲分区，另外一对为水平方向弯曲分区。

进一步的，所述层叠式扭转型压电驱动器由朝向同一纵向轴心的多片压电陶瓷依次连接围成。

进一步的，所述动子与所述上侧驱动足的顶端压紧接触，实现压紧的装置包括球轴承压紧、电磁力压紧、流体动压力压紧、流体静压力压紧。

一种五自由度压电定位调姿机构的激励方法，应用于上述的一种五自由度压电定位调姿机构，设：

所述驱动单元的轴线方向为Z轴，Z轴的顺时针方向为正方向；

与所述驱动单元的轴线方向正交的纵深方向为X轴，X轴的顺时针方向为正方向；

与所述驱动单元的轴线方向正交的水平方向为Y轴，Y轴的顺时针方向为正方向，

所述激励方法包括：

当所述动子绕Z轴做正方向连续旋转时，包括以下步骤：

S100将所述下侧驱动足压紧在所述基座上，并调整二者之间的预压力，将所述动子压紧在所述上侧驱动足的上端面上，并调整二者之间的预压力；