本發(fā)明屬于壓電精密致動儀器領域，具體是一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構。

背景技術：

隨著微電子技術，宇航，生物工程等學科的迅速發(fā)展，微定位系統(tǒng)在電子，光學，機械制造等技術領域得到了越來越廣泛的應用。所以微定位技術的研究對精密制造和和光學顯示等領域的發(fā)展有較好的促進作用，微定位平臺是由壓電陶瓷驅動，由于壓電陶瓷的高精度，高分辨率，響應快等優(yōu)點，使得微定位平臺可以應用在各種精密領域。

壓電陶瓷驅動器具有位移分辨率高、結構簡單、發(fā)熱少、體積小、剛度高、響應速度快、不收磁場干擾、無磨損、不許潤滑等優(yōu)點被廣泛應用于微定位系統(tǒng)中。微定位平臺在最近幾年迅速發(fā)展，大多數(shù)采用壓電陶瓷驅動放大機構，之后帶動平臺的微動，目前采用比較多的有杠桿放大、三角放大、橋式放大基本原理，根據(jù)原理的不同，平臺表現(xiàn)出的特點就有所不同，為了使輸出的位移與輸入電壓有較好的線性關系，必須采用誤差小，有較好的剛度的放大機構。

傳統(tǒng)的技術中使用二維微定位機構，其運用的是杠桿放大原理，但是運用該原理帶來的回復力不足、誤差大、以及遲滯效應的問題一直是本領域技術人員厄待解決的問題；然而根據(jù)三角放大原理設計的位移放大機構結構簡單，對位移放大的倍數(shù)關系只與放大角有簡單關系，且輸出力很穩(wěn)定，能達到快速精準驅動和定位的目的，因此將三角放大原理設計應用于壓電精密致動儀器領域應運而生。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構，采用了基于三角放大原理的位移放大機構，每個放大機構組成一個放大模塊，共三個放大模塊位于內(nèi)外圈之間，且均勻分布，即每個之間夾角為120°，最后形成并聯(lián)的結構，通過三個放大模塊的相互協(xié)調的運動，可實現(xiàn)平臺的精密定位。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構，包括基座，內(nèi)圈以及外圈，三組驅動模塊共同連接同一個內(nèi)圈，以內(nèi)圈為中心，呈放射狀均勻分布。

所述的內(nèi)圈、外圈共圓心，且內(nèi)圈與外圈之間均勻連接有三組驅動模塊，分別為第一驅動模塊，第二驅動模塊，第三驅動模塊，通過三個模塊的相互配合，可實現(xiàn)雙向驅動，并實現(xiàn)各方向對稱的作動范圍。驅動相鄰的兩個驅動模塊，可實現(xiàn)在兩模塊夾角內(nèi)的運動范圍；

所述的驅動模塊包括壓電疊堆，位移放大機構；所述壓電疊堆設置在位移放大機構的內(nèi)部，通過壓電疊堆得以施加預緊力。

進一步，所述的壓電疊堆兩端通過楔形塊與位移放大機構相連接，壓電疊堆相對作動方向與驅動模塊輸出位移方向正交，壓電疊堆通過兩個楔形塊與位移放大機構固定預緊。

進一步，所述的位移放大機構有四個斜邊，所述的斜邊與驅動方向成10°的薄板。所述的位移放大機構的四個斜邊與壓電疊堆呈一定角度，能夠使得壓電疊堆伸長驅動放大機構變形時，從而帶動垂直方向運動，實現(xiàn)位移的放大。

進一步，所述的位移放大機構的斜邊與兩側連接處設置有有柔性鉸鏈，柔性鉸鏈是指位移放大機構的斜邊與兩側連接處的圓弧槽，此處最薄處只有0.5mm厚，其能夠實現(xiàn)斜邊繞柔性鉸鏈轉動。柔性鉸鏈的設置一方面減小結構的剛度，方便壓電疊堆的安裝和更換，另一方面當壓電疊堆伸長時可繞鉸鏈處轉動，避免了傳統(tǒng)鉸鏈的摩擦。

進一步，所述的放大機構的一端設置球面凹槽和內(nèi)螺紋孔，另一端只設置有內(nèi)螺紋孔。

進一步，所述的放大機構設置有內(nèi)螺紋孔的一端通過螺釘與外圈連接；所述的放大機構另一設置球面凹槽和內(nèi)螺紋孔的一端通過鋼珠和內(nèi)六角緊固螺釘與內(nèi)圈連接。通過內(nèi)六角緊固螺釘和鋼珠鎖緊與內(nèi)圈固定，內(nèi)圈與驅動模塊是通過內(nèi)六角緊固螺釘預緊，使鋼珠嵌在兩球面內(nèi)，不僅減小了兩接觸面的摩擦，還減小了內(nèi)圈在驅動時的轉動。

進一步，所述的內(nèi)圈通過放大機構與外圈相連，外圈通過螺栓固定在基座上，其中的外圈是固定在基座上，而內(nèi)圈是可以活動的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術的有益效果在于：

1、應用三向驅動二維定位平臺，顯著縮短傳動鏈，提高響應速度，可連續(xù)在低頻率下工作，在單個疊堆工作時可實現(xiàn)高分辨率致動；

2、采用與傳統(tǒng)定位不一樣的定位方式，每組位移放大模塊均勻分布在內(nèi)外圈之間，可實現(xiàn)雙向的定位，定位精度可提高；

3、采用并聯(lián)組合形式，即由三個放大模塊共同連接同一個內(nèi)圈上，工作臺同時由三個壓電電機驅動，具有慣性小、剛度大、響應速度快等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的俯視圖；

圖2為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的立體圖；

圖3為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的機構運動分解圖；

圖4為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的驅動模塊的構建結構分解圖；

圖5為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的固定外圈的立體圖；

圖6為本發(fā)明一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構的運動內(nèi)圈的立體圖；

其中，1-基座，2-外圈，3-壓電疊堆，4-位移放大機構，5-內(nèi)圈，6-內(nèi)六角緊固螺釘，7-鋼珠，8-楔形塊，9-M3沉頭孔，10-M2沉頭孔，11-M3螺紋孔，12-M6螺紋孔，13-第一驅動模塊，14-第二驅動模塊，15-第三驅動模塊。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構，為使本發(fā)明的目的，技術方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1~3所示，本發(fā)明的三向壓電驅動的二維并聯(lián)精密定位機構，包括基座1，內(nèi)圈5以及外圈2，其特征在于，所述的內(nèi)圈5、外圈2共圓心，且內(nèi)圈5與外圈2之間均勻連接有三組驅動模塊，分別為第一驅動模塊13，第二驅動模塊14，第三驅動模塊15；

所述的驅動模塊包括壓電疊堆3，位移放大機構4；所述壓電疊堆3設置在位移放大機構4的內(nèi)部。

如圖4所示，壓電疊堆3兩端通過楔形塊8與位移放大機構4相連接，壓電疊堆3相對作動方向與驅動模塊輸出位移方向正交，壓電疊堆通過兩個楔形塊與位移放大機構固定預緊。

位移放大機構4有四個斜邊，所述的斜邊與驅動方向成10°的薄板。所述的位移放大機構4的四個斜邊與壓電疊堆3呈一定角度，能夠使得壓電疊堆3伸長驅動放大機構變形時，從而帶動垂直方向運動，實現(xiàn)位移的放大。位移放大機構4的斜邊與兩側連接處設置有有柔性鉸鏈，柔性鉸鏈是指位移放大機構4的斜邊與兩側連接處的圓弧槽，其能夠實現(xiàn)斜邊繞柔性鉸鏈轉動。

如圖5~6所示，所述的內(nèi)圈5通過放大機構4與外圈2相連，外圈2的上表面以及圓弧側面分別均勻設置有設置有M3沉頭孔9以及M2沉頭孔10，此處的沉頭孔9用于外圈2與基板1的固定，沉頭孔10用于連接驅動模塊，外圈2通過螺栓固定在基座上，其中的外圈是固定在基座上，而內(nèi)圈5是活動的，內(nèi)圈5上表面設置有M3螺紋孔11，此處的螺紋孔可用于連接外部的結構，內(nèi)圈5的圓弧外圍有三段橫向切面，橫向切面處設置有M6螺紋孔12，此處的螺紋孔用于連接驅動模塊。

如圖3所示，本發(fā)明提供的二維壓電微位移定位平臺，由外圈2、第一驅動模塊13，第二驅動模塊14，第三驅動模塊15、內(nèi)圈5組成，該二自由度并聯(lián)定位平臺包括三個驅動模塊，三個驅動模塊共同連接工作臺（即內(nèi)圈5），以工作臺為中心，呈放射狀分布。三個驅動模塊第一驅動模塊13，第二驅動模塊14，第三驅動模塊15成120°均勻布置在內(nèi)外圈中間，且使得內(nèi)外圈共圓心，每個驅動模塊可在相應角度驅動平臺，通過三個驅動模塊的相互協(xié)作可使平臺實現(xiàn)二維的移動，可以實現(xiàn)XY平面移動的運動，具體如下：

（1）30°~150°角度內(nèi)的平動：

第一驅動模塊13和第三驅動模塊15兩個壓電驅動模塊輸入電壓信號，通過調整兩模塊的電壓差值，可實現(xiàn)內(nèi)圈圓心在30°~150°范圍的運動，此時第二驅動模塊14處于壓縮狀態(tài)，當?shù)谝或寗幽K13和第三驅動模塊15電壓值相同，則內(nèi)圈沿90°（Y軸正向）方向運動。

（2）150°~270°角度內(nèi)的平動：

第一驅動模塊13以及第二驅動模塊14兩個壓電驅動模塊輸入電壓信號，通過調整兩模塊的電壓差值，可實現(xiàn)內(nèi)圈圓心在150°~270°范圍的運動，此時第三驅動模塊15處于壓縮狀態(tài)，當?shù)谝或寗幽K13以及第二驅動模塊14電壓值相同，則內(nèi)圈沿210°方向運動。

（3）270°~30°角度內(nèi)的平動：

第二驅動模塊14，第三驅動模塊15兩個壓電驅動模塊輸入電壓信號，通過調整兩模塊的電壓差值，可實現(xiàn)內(nèi)圈圓心在270°~30°范圍的運動，此時第一驅動模塊13處于壓縮狀態(tài)，當?shù)诙寗幽K14，第三驅動模塊15電壓值相同，則內(nèi)圈沿330°方向運動。

本發(fā)明可以通過上述3個方向的聯(lián)動，實現(xiàn)平面內(nèi)的運動。本發(fā)明需采用三向的控制信號，通過相應的計算和分析能夠計算出機構在直坐標系下的位移，最后通過傳感器的反饋形成閉環(huán)控制實現(xiàn)更精密的運動。驅動其中一個放大模塊（第一驅動模塊13）時，內(nèi)圈可沿150°的方向運動，再驅動放大模塊（第二驅動模塊14）時，內(nèi)圈再沿270°方向運動，當?shù)谝或寗幽K13和第二驅動模塊14對內(nèi)圈驅動位移量相同時，此時內(nèi)圈的總位移方向為210°方向。以同樣的方式，最終能實現(xiàn)內(nèi)圈的運動范圍為一個近似圓形區(qū)域。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將本說明書看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。