一种自行式平面三自由度压电驱动平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种驱动定位装置，属于压电精密驱动技术领域，具体是一种自行式 平面三自由度压电驱动平台。
【背景技术】
[0002] 随着精密工程的迅速发展，现代制造领域对精密运动平台的精度、速度和行程 提出了越来越高的要求，其定位精度和行程范围直接影响到生产加工的精度和广度。传 统的运动平台主要由电磁型旋转电机驱动，这种驱动方式技术工艺成熟、性能稳定，但 是不可避免地存在着较多的中间运动转换环节和弹性变形，使得平台的实时性较差，可 实现的直线运动的定位精度或速度较低。另外，由于电机本身基于电磁效应的工作原 理，不可避免的会对工作环境带来电磁干扰。压电驱动器从定位精度、响应速度等方 面而言均具有明显的优势，基于压电驱动器开发的多自由度定位平台研宄已成为近年 来的热点，然而依据不同压电驱动器构建的运动平台目前仍然存在许多不足：以超声 电机为代表的共振式压电驱动器对电压频率、定子结构尺寸非常敏感，批量化生产难以 保证平台性能和稳定性的一致性；传统尺蠖型等非共振式压电驱动器精度在很大程度 上依赖于导向机构的加工精度，此外驱动器的结构设计比较复杂，难以构建多自由度运 动平台；压电微位移平台虽然具有机构简单，可控性好，精度高的优点，但其行程一般在 100/Λ?以下，很难实现大行程。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题，是针对前述【背景技术】的缺陷和不足，设计一种自行 式平面三自由度压电驱动平台，实现平面三自由度大行程高精度的定位要求。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案： 一种自行式平面三自由度压电驱动平台，包括驱动元件、动平台8以及静平台7 ;所述 驱动元件包括若干个直线运动压电驱动器9,直线运动压电驱动器9放置在静平台7上，且 所述直线运动压电驱动器9成对对称设置；所述动平台8固定连接在直线运动压电驱动器 9的中间位置，静平台7依据驱动器的性能参数制定，作为直线运动压驱动器9的工作平面。
[0005] 每个直线运动压电驱动器9在其中心处均设有通孔，所述动平台8为带侧面且侧 面中心设置有螺纹孔的平板，直线运动压电驱动器9通过连接螺栓10连接在动平台8的侧 面。
[0006] 所述驱动元件包括四个直线运动压电驱动器9,所述动平台8为矩形带侧面的平 板，每个侧面上对应设有一个直线运动压电驱动器9，直线运动压电驱动器9两两对称。
[0007] 所述直线运动压电驱动器9包括弹性元件1、导向棒2、压电叠堆5、预紧楔块、预紧 螺栓6 ; 所述弹性元件1包括一根水平梁，该水平梁连接五根齿柱，其中，有两根齿柱位于水平 梁的上侧，三根齿柱位于水平梁下侧作为该直线运动压电驱动器9的运动足作用在静平台 7上； 每两根齿柱与水平梁形成一个空槽，该空槽中设置压电叠堆5、预紧装置及导向棒2 ; 所述压电叠堆5设置在两组预紧装置之间； 所述预紧装置包括两组相向设置的预紧楔块，每组预紧楔块包括通过预紧螺栓6连接 的上楔块和下楔块，通过所述预紧螺栓6调节施加在压电叠堆5上的预紧力；两组预紧楔块 相对的面上设有矩形槽，用于夹装压电叠堆5,上、下楔块间通过斜面配合； 在所述预紧装置和弹性元件1接触面的对应位置开有凹槽，所述导向棒2装配在凹槽 中，在预紧时自动调整接触面的角度，避免在驱动过程中因两接触面不平行而产生剪切力 破坏压电叠堆5。
[0008] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： 本发明具有以下特点：本发明的驱动元件是一种新型的仿生式压电驱动器，该驱动器 利用压电叠堆激励的非共振振动模式产生弹性元件运动足的有序运动来实现驱动器的双 向直线运动，舍弃了传统尺蠖型压电驱动器的箝位机构及导向机构，既能保持非共振式压 电驱动器的优点，又消除了传统尺蠖型压电驱动器因箝位机构及导向机构带来的缺陷，使 得本发明的平面三自由度驱动平台，具有结构简单、精度高、行程大、负载高等优点，可实现 三自由度大行程高精度的定位目标。
[0009] 对直线运动压电驱动器内压电叠堆施加有序的激励信号，使弹性元件的三个运动 足产生类似毛虫行走的有序运动，从而实现驱动器在静平台上的双向直线运动；通过组合 对边两个压电驱动器的同步同向直线运动可以实现平台在平面内的二自由度直线运动；组 合对边两个压电驱动器的同步反向直线运动可以实现平台在平面内绕轴线的旋转运动；四 个压电驱动器的同步直线运动方向构成逆时针或顺时针可以实现平台在平面内绕轴线的 旋转运动。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明所述平面三自由度压电驱动平台的结构示意图； 图2是本发明所述直线运动压电驱动器的结构示意图； 图3是本发明所述弹性元件的结构示意图； 图4是本发明所述预紧楔块与所述预紧螺栓的连接示意图； 图5是本发明所述预紧楔块的预紧原理图； 图6是本发明所述直线运动压电驱动器的步进原理图； 图7是本发明所述直线运动压电驱动器的信号图； 图8是本发明所述平面三自由度压电驱动平台实现平移运动工作示意图； 图9是本发明所述平面三自由度压电驱动平台实现旋转运动工作示意图； 其中：1-弹性元件，2-导向棒，3-下楔块，4-上楔块，5-压电叠堆，6-预紧螺栓，7-静 平台，8-动平台，9-直线运动压电驱动器，10-联接螺栓。
【具体实施方式】
[0011] 本发明提供一种自行式平面三自由度压电驱动平台，为使本发明的目的，技术方 案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0012] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明： 如图1所示，本发明的一种自行式平面三自由度压电驱动平台，包括驱动元件、动平台 以及静平台。其特征在于：所述驱动元件包括4个直线运动压电驱动器，每个直线运动压电 驱动器在其对称中心均设有通孔；所述动平台为一四侧面中心具有螺纹孔的正方形平板，4 个螺栓通过孔配合将4个直线运动压电驱动器分别联接安装在动平台的四个侧面；所述静 平台依据驱动器的性能参数制定，作为驱动器的工作平面。
[0013] 如图2-5所示，所述直线运动压电驱动器包括弹性元件、导向棒、压电叠堆、预紧 楔块、预紧螺栓；所述弹性元件具有五根齿柱和一根水平梁，五根齿柱形成的三个空槽各设 置一个压电叠堆、预紧装置及导向棒，水平梁下方的齿柱作为运动足作用在静平台上；所述 压电叠堆设置在两组预紧楔块之间，并通过预紧螺栓调节施加在压电叠堆上的预紧力；所 述预紧楔块由具有螺纹孔的上楔块和具有槽的下楔块通过斜面配合组成；所述预紧楔块由 具有螺纹孔的上楔块和具有槽的下楔块通过斜面配合组成，所述预紧螺栓联接上楔块和下 楔块进行配合，通过调节预紧螺栓以调节预紧楔块的相对位置来提供压电叠堆所需的预压 力；所述导向棒装配在预紧装置和弹性元件凹槽之间，可在预紧时自动调整接触