跨尺度精密运动平台

【技术领域】

本申请涉及一种跨尺度精密运动平台。

背景技术：

目前，在精密制造、超精测量和微操纵等诸多高新科技和现代工业领域中，微纳定位技术作为一项关键技术，有着广泛的应用。精密微纳定位平台是微纳定位技术的关键部分，在光学工程、微电子制造、航空航天技术、微机械零件的装配、生物工程、扫描探针显微镜、精密光学检测等领域有着广阔的应用前景和重要的研究价值。目前大部分跨尺度运动定位平台为压电陶瓷驱动的柔性运动机构，许多运动平台采用压电陶瓷直接驱动。

现有技术中的跨尺度运动平台上设置有导轨，但是大多采用滚珠交叉导轨，其具有间隙，易导致跨尺度运动定位的稳定性差，从而形成的误差较大，且定位精度低。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种跨尺度精密运动平台，其能够提高运动平台的运动稳定性，减小误差进而提高运动精度。

本申请的目的是通过以下技术方案实现：一种跨尺度精密运动平台，包括保护座及位于所述保护座内的运动机构，所述运动机构包括压电陶瓷、及设置在所述压电陶瓷两侧的运动组件和惯性组件，所述压电陶瓷接收外部驱动信号以驱动所述运动组件和惯性组件；

其中，所述惯性组件包括惯性传动件及与所述惯性传动件连接的惯性摩擦件，所述保护座上设置有导轨，所述惯性摩擦件与所述导轨滑动配合。

在其中一个实施例中，所述惯性摩擦件包括与所述惯性传动件连接的弹性连接体、及与所述弹性连接体连接的摩擦体，所述摩擦体设置有滑块与所述导轨滑动配合。

在其中一个实施例中，所述滑块与所述导轨相适配，所述滑块和所述导轨的横截面呈梯形状或矩形状或三角形状。

在其中一个实施例中，所述惯性传动件具有第一斜面，所述弹性连接体具有与所述第一斜面相适配的第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面连接，以实现所述弹性连接体与所述惯性传动件的连接。

在其中一个实施例中，所述摩擦体的材料为自润滑材料。

在其中一个实施例中，所述惯性传动件包括与所述压电陶瓷连接的惯性输出体、及与所述惯性输出体连接的惯性传动体；所述惯性输出体呈t字型，所述压电陶瓷与t字型的所述惯性输出体连接。

在其中一个实施例中，所述惯性输出体与所述惯性传动体一体成型设置。

在其中一个实施例中，所述运动组件包括运动输出件及与所述运动输出件连接的运动传动件，所述运动传动件具有空腔，所述压电陶瓷设置在所述空腔内，且至少部分所述惯性传动件伸入至所述空腔设置。

在其中一个实施例中，所述跨尺度精密运动平台还包括与外部器件对接的连接板，所述运动输出件与所述连接板螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述跨尺度精密运动平台还包括设置在所述保护座上的测量组件，所述运动输出件与所述测量组件连接。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：通过使得惯性摩擦件与导轨滑动配合，使得惯性摩擦件与导轨之间采取面滑动或线滑动的方式，进而提高滑动稳定性，以提高跨尺度精密运动平台的运动及定位精度。

【附图说明】

图1是本申请的跨尺度精密运动平台的结构示意图。

图2是本申请的跨尺度精密运动平台的另一结构示意图。

图3是本申请的跨尺度精密运动平台的又一结构示意图。

图4是本申请的跨尺度精密运动平台的剖面示意图。

图5是本申请的跨尺度精密运动平台的驱动原理图。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图4所示，本申请的一较佳实施例中的一种跨尺度精密运动平台，包括保护座1及位于保护座1内的运动机构，运动机构包括压电陶瓷、及设置在压电陶瓷两侧的运动组件2和惯性组件3，压电陶瓷接收外部驱动信号以驱动运动组件2和惯性组件3。在本实施例中，压电陶瓷所接收到的外部驱动信号为正弦半波驱动信号，该正弦半波信号因其对称设置的特性可以减小跨尺度精密运动平台的误差，提高其运动稳定性。

保护座1包块本体11及设置在本体11内的测量组件12，该测量机构用以检测运动机构的位移量。故，在跨尺度精密运动平台的高度方向上，测量组件12设置在运动机构的下方且与运动机构连接。具体的，本体11设置有收容腔111，测量机组件包括设置在收容腔111内的读数头122及与该读数头122配合的光栅尺121，且收容腔111设置在光栅尺121的下方。

光栅尺121为光栅式位移传感器，是一种分辨率高测量行程大的位移传感器。其能进行直线位移与角度的测量，利用光电传感器读取栅尺的位置信息再信号转化和细分处理，最终得到分辨率较高的位置信息。测量范围大、精度高且体积小，可实现毫米级行程和纳米级分辨率。

读数头122通过螺栓固定在收容腔111内。诚然，在其他实施例中，读数头122固定设置在收容腔111内的方式也可为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。为了防止读数头122磨损，保护座1还包括盖设在收容腔111上的底板112，以将读数头122保护。

其中，运动组件2包括运动输出件21及与运动输出件21连接的运动传动件22。在本实施例中，为了简化生产制造工艺，运动输出件21和运动传动件22一体成型设置。诚然，在其他实施例中，该运动输出件21与运动传动件22也可分体设置后进行粘接或焊接或紧固件连接等方式实现固定连接，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

运动输出件21与光栅尺121连接，以实现运动输出件21与测量组件12的连接。运动传动件22的一端与运动输出件21连接，以使得运动传动件22悬空设置。运动传动件22具有空腔221，压电陶瓷设置在空腔221内，且至少部分惯性组件3伸入至空腔221设置，继而使得压电陶瓷的一端与运动输出件21连接，压电陶瓷的另一端与惯性组件3连接。

跨尺度精密运动平台还包括与外部器件对接的连接板4，运动输出件21与连接板4螺纹连接。具体为：连接板4和运动输出件21上皆开设有螺纹孔，然后通过紧固件依次穿过两个螺纹孔以实现螺纹连接。诚然，在其他实施例中，运动输出件21与连接板4的连接方式也可为其他，例如粘接、焊接等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

其中，惯性组件3包括惯性传动件31及与惯性传动件31连接的惯性摩擦件32，保护座1上设置有导轨5，惯性摩擦件32与导轨5滑动配合。由前述可知，惯性摩擦件32与导轨5之间的配合为滑动，故，至少部分惯性摩擦件32与导轨5之间为线接触或面接触，进而使得惯性摩擦件32与导轨5之间无间隙，运动更为平稳，从而减小运动误差，提高运动平台整体的精度。

惯性摩擦件32包括与惯性传动件31连接的弹性连接体321、及与弹性连接体321连接的摩擦体322，摩擦体322设置有滑块与导轨5滑动配合。具体的，滑块与导轨5相适配，滑块和导轨5的横截面呈梯形状或矩形状或三角形状，以实现滑块与导轨5之间的稳定滑动配合。在本实施例中，摩擦体322与滑块一体成型设置。

摩擦体322和滑块的材料为自润滑材料，其在实现滑动摩擦时无需注加润滑油。该自润滑材料可以为石墨、聚四氟等，亦或者也可以为钢基聚甲醛复合材料或其增强型，在此不做具体限定，根据实际情况而定。摩擦体322通过ab胶粘贴在弹性连接体321上。这样设置的目的在于：在摩擦体322通过滑块与导轨5滑动摩擦过程中，不会出现磨损导致整体结构损坏。

弹性连接体321的材料可为铝合金，以防止其在长时间使用中发生塑性变形。诚然，该弹性连接体321的材料也可为其他，但是其应具有与铝合金一样的具有较高弹性的特点，例如硅胶等。

惯性传动件31具有第一斜面313，弹性连接体321具有与第一斜面313相适配的第二斜面323，第一斜面313与第二斜面323连接，以实现弹性连接体321与惯性传动件31的连接，从而达到增大惯性传动件31变形的作用，也避免了弹性连接体321与惯性传动件31之间接触发生干涉。

惯性传动件31包括与压电陶瓷连接的惯性输出体311、及与惯性输出体311连接的惯性传动体312，惯性传动体312与弹性连接体321连接。第一斜面313设置在惯性传动体312上。惯性输出体311呈t字型，压电陶瓷与t字型的惯性输出体311连接。为了简化生产制造工艺，惯性输出体311与惯性传动体312一体成型设置。

在本实施例中，惯性传动件31、运动输出件21及运动传动件22整体一体成型设置，且采用高弹性材料制成，以配合压电陶瓷的变形。并且，该高弹性材料还需具有强度大、耐磨性和抗腐蚀性好的特点。故，该高弹性材料可以为铝合金。

请结合图5，本申请的跨尺度精密运动平台的驱动原理如下：

驱动信号为惯性粘滑驱动波形，通常惯性粘滑驱动被分为三阶段：初始阶段、粘滞阶段和滑动阶段。

初始阶段：没有驱动信号施加给压电陶瓷，压电陶瓷保持原长，惯性组件3和运动组件2保持在初始位置。

粘滞阶段①→②：当驱动信号缓慢上升时，压电陶瓷缓慢伸长，带动惯性组件3缓慢向右运动，由于产生的惯性冲击力较小，不足以克服运动块和地面的摩擦力，此时，运动组件2保持在初始位置，被称为“粘”运动。

滑动阶段②→③：当驱动信号快速下降时，压电陶瓷快速回复原长，带动惯性组件3快速向左运动，此时，产生较大的惯性冲击力，使得运动组件2克服摩擦力向右运动，被称为“滑”运动。

一个周期的运动完成，最终产生向右的单步位移sstep。

综上所述：通过使得惯性摩擦件32与导轨5滑动配合，使得惯性摩擦件32与导轨5之间采取面滑动或线滑动的方式，进而提高滑动稳定性，以提高跨尺度精密运动平台的运动及定位精度。

上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。