中i为大于等于1的整数；所述利用第二驱动模组(200)实现纳米定位方法具体为，施加斜率为名的直流电信号于第二驱动模组(200)中的压电叠堆(9)，经通电激励时间后激励电信号的幅值为％2，可实现第二驱动模组(200)的纳米级定位，最终实现本发明的大行程纳米定位控制，完成外界负载纳米级位移运动的输出，其中j为大于等于1的整数。4.一种根据权利要求1所述的大行程高精度微纳驱动装置，其特征在于:为一种夹心式自由梁结构激振体的大行程高精度微纳驱动装置，所述夹心式自由梁结构激振体的大行程高精度微纳驱动装置的激振体(2)由后匹配块(2-1)、压电片(2-2)、通电电极片(2-3)、前匹配块(2-4)和绝缘套筒(3)组成，所述后匹配块(2-1)为左侧端部设置有内螺纹孔(2-1-5)的阶梯状空心圆柱体结构，所述后匹配块(2-1)左端部外圆周表面沿圆周方向均匀设置有w个外平面(2-1-1)结构，其中w为大于1的整数，所述后匹配块(2-1)外平面(2-1-1)与阶梯面(2-1-6)之间的外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有一组m个盲孔(2-1-2)，所述后匹配块(2-1)右侧端部设置有外螺纹(2-1-4)，所述压电片(2-3)为43激振模式的圆环形压电陶瓷片，所述通电电极片(2-2)为设有凸耳结构的圆环形铜片，4n片压电片(2-3 )与4n+l片通电电极片(2-2 )通过绝缘套筒(3 )相互间隔套接于后匹配块(2_1)与阶梯面(2-1-6)之间的外圆周表面(2-1-3)上；所述前匹配块(2-4)为左右端部均设置有内螺纹孔的圆柱体结构，所述前匹配块(2-4)右端部外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有w个外平面(2-4-2)结构，所述前匹配块(2-4)左端部外圆周表面沿圆周方向均匀设置有一组m个盲孔(2-4-4)，所述前匹配块(2-4)与后匹配块(2-1)夹紧连接后其上的两组盲孔(2-4-4)与(2-1-2)的轴向分布位置相同； 或为一种夹心式悬臂梁结构激振体的大行程高精度微纳驱动装置，所述夹心式悬臂梁结构激振体的大行程高精度微纳驱动装置的激振体(2)由后匹配块(2-1)、压电片(2-2)、通电电极片(2-3)、前匹配块(2-4)和绝缘套筒(3)组成，所述后匹配块(2-1)为阶梯状中空悬臂梁结构，其左侧端部设置有固定安装用法兰盘(2-1-1)，所述法兰盘(2-1-1)侧端面沿圆周方向均匀设置有q个通孔(2-1-2)，所述后匹配块(2-1)右端部设置有外螺纹(2-1-4)，所述前匹配块(2-4)为左右端部均设置有内螺纹孔的圆柱体结构，所述前匹配块(2-4)右端部外圆周表面沿圆周方向均匀设置有w个外平面(2-4-2)结构。5.一种根据权利要求4所述大行程高精度微纳驱动装置的定位方法，其特征在于:为一种夹心式大行程高精度微纳驱动装置的定位方法，所述夹心式大行程高精度微纳驱动装置的定位方法具体为利用第一驱动模组(100)实现大行程微米定位和利用第二驱动模组(100)实现纳米定位的复合定位方法，所述利用第一驱动模组(100)实现大行程微米定位方法具体为，将套接于后匹配块(2-1)外圆周表面(2-1-3)上的4η片压电片(2-3)中一侧布置的2η片压电片(2-3 )构成激振组Α，其余另一侧布置的2η片压电片(2-3 )构成激振组Β，所述激振组Α与激振组B中的压电片(2-3)均沿圆周方向设置有2s个扇形极化区(2-3-1)和2s个扇形绝缘隔离区(2-3-2)，所述压电片(2-3)上2s个扇形极化区(2_3_1)与2s个扇形绝缘隔离区(2-3-2)相互间隔连续圆周布置，所述压电片(2-3)上2s个扇形极化区(2-3-1)的伸缩方向与压电片(2-3)的厚度方向一致，其中s为大于等于1的整数，所述压电片(2-3)上相邻扇形极化区(2-3-1)的驱动相位差180度，所述激振组A或激振组B中压电片(2-3)的扇形极化区(2-3-1)与扇形极化区(2-3-1)相正对，且其驱动相位相同，所述激振组A与激振组B之间的扇形极化区(2-3-1)与扇形绝缘隔离区(2-3-2)相正对布置，所述激振组A与激振组B通以驱动相位差为90度或270度的交流激励电信号，所述交流激励电信号可采用幅值为周期为7?正弦、方波或锯齿波等周期电信号，经通电激励时间 后，可分别实现第一驱动模组(100)正反两个方向厘米级或分米级大行程范围内的微米级定位，其中i为大于等于1的整数，所述利用第二驱动模组(200)实现纳米定位方法具体为，施加斜率为名的直流电信号于第二驱动模组(200)中压电叠堆(9)，经通电激励时间i2=jr后激励电信号的幅值为％2，可实现第二驱动模组(200)的纳米级定位，最终实现本发明的大行程纳米定位控制，完成外界负载纳米级位移运动的输出，其中J为大于等于1的整数； 或为另一种夹心式大行程高精度微纳驱动装置的定位方法，所述夹心式大行程高精度微纳驱动装置定位方法的另一种实现方式中的4n片压电片(2-3)具体布置为，其中一侧布置的2n片压电片(2-3)为毛激振模式的圆环形压电陶瓷片，其余另一侧布置的2n片压电片(2-3 )为义激振模式的圆环形压电陶瓷片，所述夹心式大行程高精度微纳驱动装置定位方法的另一种实现方式具体为利用第一驱动模组(100)实现大行程微米定位和利用第二驱动模组(200)实现纳米定位的复合定位方法，所述利用第一驱动模组(100)实现大行程微米定位方法具体为，将套接于后匹配块(2-1)外圆周表面(2-1-3)上的4n片压电片(2-3)中一侧布置的2n片毛激振模式压电片(2-3)构成激振组A，其余另一侧布置的2n片义激振模式压电片(2-3)构成激振组B，所述激振组A中压电片(2-3)均沿厚度方向极化，且其正极化面与正极化面相对布置，负极化面与负极化面相对布置，所述激振组B中压电片(2-3)均沿圆周方向极化，且其正极化面与正极化面相对布置，负极化面与负极化面相对布置，所述激振组A与激振组B通以驱动相位差为90度或270度的交流激励电信号，所述交流激励电信号可采用幅值为周期为7?正弦、方波或锯齿波等周期电信号，经通电激励时间后，可分别实现第一驱动模组(100)正反两个方向厘米级或分米级大行程范围内的微米级定位，其中i为大于等于1的整数，所述利用第二驱动模组(200)实现纳米定位方法的具体为，施加斜率为名的直流电信号于第二驱动模组200中压电叠堆9，经通电激励时间后激励电信号的幅值为％2，可实现第二驱动模组(200)的纳米级定位，最终实现本发明的大行程纳米定位控制，完成外界负载纳米级位移运动的输出，其中J为大于等于1的整数。6.一种根据权利要求1所述的大行程高精度微纳驱动装置的运动解耦组件，其特征在于:为一种球头运动解耦组件(6)，所述球头运动解耦组件(6)中传动体(4) 一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有t个相同的球头(4-2)结构，其中t为大于等于3的整数，所述支撑板(11)下端部表面设置有圆环状弧形滑道(11-4)，所述圆环状弧形滑道(11-4)与传动体(4)一侧端部的球头(4-2)结构构成球头运动解耦组件(6); 或为一种轴承运动解耦组件(6)，所述轴承运动解耦组件(6)由轴承外架(6-1)和双向推力球轴承(6-2 )组成，所述球头运动解耦组件(6 )中传动体(4 ) 一侧端部表面中心位置设有沉头盲孔(4-3)，所述传动体(4)同侧端部表面沿圆周方向均匀设置有r个内螺纹孔，其中r为大于1的整数，所述球头运动解耦组件(6)中的支撑板(11)下端表面中心位置设有内螺纹孔(11-4)。
【专利摘要】本发明公开了一种大行程高精度微纳驱动装置及其定位方法，以解决传统精密驱动装置定位精度低、承载能力小等技术问题。本发明包括固定外架、第一驱动模组、第二驱动模组、运动解耦组件、连接螺杆、承载板、导向套和紧固螺栓，第一驱动模组由激振体、压电片和传动体组成，第二驱动模组由压电叠堆和支撑板组成，运动解耦组件可为球头解耦或轴承解耦实现方式。施加微米级与纳米级复合定位方法于压电片和压电叠堆，可分别实现正反两方向厘米级或分米级大行程范围内的微米级与纳米级定位，从而实现本发明纳米级位移运动的输出。本发明具有结构简单紧凑、定位精度高、承载能力大等优点，在微驱动与精密定位技术领域具有广阔的应用前景。
【IPC分类】H02N2/04, H02N2/06
【公开号】CN105305872
【申请号】CN201410801643
【发明人】程廷海, 王良, 刘小勇, 何丽鹏, 李绍松, 张邦成, 王英廷
【申请人】程廷海
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年12月22日