专利名称：压电惯性冲击式多自由度精密驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密驱动装置，特别是涉及一种采用压电多自由度精密驱动器。
背景技术：
在先进制造技术领域中，精密驱动具有特别重要的意义，尤其是在精密加工、半导体生产、集成电路制造、光学加工、光纤对接、CCD对接、生物和遗传工程、航空航天以及军工等领域，具有广阔的应用前景。
传统的精密驱动主要为单自由度的机械式结构。近年来也有直线平移磁致伸缩式与单自由度压电式的研究开发。比如东京大学的桶口俊郎教授利用压电元件的急速变形构造了直线自行走精密位移机构；日立精机技术研究所的森山茂夫研究员等人开发了2自由度的压电精密微位移台；静冈大学的板生清教授与哈尔滨工业大学的王启平教授利用压电陶瓷微变形制作了车削微量进给机构；清华大学的李龙土院士等人使用超声振子箍位机构制作了压电蠕动马达等等，其机构形式多达十几种，部分形式已获得了应用。但这些机构要么为直线或旋转的单自由度运动，要么运动的行程过小，使用上受到较多的限制。
发明内容
本发明目的是提供一种多自由度精密驱动器，能够实现平面x、y方向移动和旋转的三维方向驱动。
将一个接受可控电压波形电源控制的压电体的两端分别固定一惯性体和移动体，当施加一个急剧增加的电源信号使压电体急速变形时，移动体就会在惯性体的反作用力作用下发生位移。基于该原理，本发明是由晶片型压电体2及固定其一端上的惯性体1作为驱动元件，其特征在于在一移动体3的周边上对称均布设置四个所述的驱动元件，即将该驱动元件之晶片型压电体2的另一端固定在移动体3上，移动体3设置在一光滑的平板7上。即构成了可沿平面x、y坐标方向上的平移或绕移动体轴心旋转的三个自由度的精密驱动器。
本发明具有结构简单、体积小、位移精度高的优点。该装置适用于在力要求较小、位移精度要求较高的驱动机构，也可连接在二级放大机构上，以实现较大行程的精密驱动。
图1为本发明结构示意图。
图2为图1的俯视图。
具体实施例方式
参照图1、图2，在一移动体3的周边上，对称布置四个由双晶片型压电体2及固定其一端的惯性体1组成的驱动元件，即将该驱动元件之双晶片型压电体2的另一端固定在移动体3上，移动体3放置在一光滑的平板7上。
本发明的工作原理是当在图2中所示的四个双晶片压电体2上同时施加一个先急剧增加而后缓慢减小的电压信号，使之急速弯曲变形后再缓慢恢复，若四个压电体同时按顺时针方向急速弯曲，则在惯性体1的惯性反作用力下使移动体3绕其自身轴心向逆时针方向旋转一个步距角；当在四个压电体2上同时施加一个先缓慢增加而后急剧减小的压电信号，使之缓慢按顺时针方向弯曲变形后再急剧恢复，则使移动体绕其轴心向顺时针方向旋转一个步距角。当在图2中所示的上、下两个压电体上同时施加使其均向左侧急剧弯曲变形而后缓慢恢复的压电信号时，则可使移动体向右移动一个步距；同理，反之则可使移动体向左移动。当在图2中所示的左、右两个压电体同时急速向上或向下方向急速弯曲变形时，则使移动体向下或向上移动。据此，本发明可实现平面x、y坐标二个方向及旋转的三维驱动。
本压电惯性冲击式多自由度驱动器，摩擦力是影响驱动精度的重要因素，为能够调整移动体3与平板7间的摩擦力，在移动体3的轴心上还穿置有轴4，轴4的下端通过螺母6托置一磁铁环5，平板7采用铁磁性金属板。旋转螺母6可调整磁铁环5与金属板7的间距，调整移动体3与金属板7间的摩擦力。
由于双晶片型压电体的弯曲变形量极小(可由激励电压的大小进行调整)，所以由惯性冲击造成的移动(或转动)也极小，驱动的位移精度可以达到0.1μm以下，转动精度达到0.1μrad以下，且可以通过调整磁性力的大小进一步提高驱动精度。
本发明的多自由度精密驱动机构，可以与其他机构合并使用以形成更大行程的精密驱动，其中本发明的装置用做提供精密驱动，其他机构用作大行程过程中的粗动驱动。
权利要求
1.一种压电惯性冲击式多自由度精密驱动器，是由晶片型压电体(2)及固定其一端上的惯性体(1)作为驱动元件，其特征在于在一移动体(3)的周边上对称均布设置四个所述的驱动元件，即将该驱动元件之晶片型压电体(2)的另一端固定在移动体(3)上，移动体(3)设置在一光滑的平板(7)上。
2.根据权利要求1所述的压电惯性冲击式多自由度精密驱动器，其特征在于在移动体(3)的轴心上穿置有轴(4)，轴(4)的下端通过螺母(6)托置一磁铁环(5)，平板(7)采用铁磁性金属板。
全文摘要
本发明所述的压电惯性冲击式多自由度精密驱动器涉及精密驱动装置，能够实现平面x、y方向移动和旋转的三维方向驱动。它是由晶片型压电体2及固定其一端上的惯性体1作为驱动元件，其特征在于在一移动体3的周边上对称均布设置四个所述的驱动元件，即将该驱动元件之晶片型压电体2的另一端固定在移动体3上，移动体3设置在一光滑的平板7上。
文档编号H02N2/02GK1434563SQ0311107
公开日2003年8月6日 申请日期2003年2月25日 优先权日2003年2月25日
发明者杨志刚, 程光明, 华顺明, 卢全国, 陈西平 申请人:吉林大学