一種基于壓電智能結(jié)構(gòu)的傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高度集成的精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，應(yīng)用于既需要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)達(dá)到很高的運(yùn)動(dòng)定位精度又需要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)力學(xué)特性的場(chǎng)合中，具體涉及一種基于壓電智能結(jié)構(gòu)的傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)期望運(yùn)動(dòng)軌跡的精確跟蹤。為此，需要采用高精度的位移傳感器對(duì)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的輸出位移進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。目前在國(guó)內(nèi)外最為常見(jiàn)的實(shí)際應(yīng)用中，精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置測(cè)量通常是采用電容式位移傳感器、電感式位移傳感器、激光式位移傳感器等。然而，這種商用傳感器不僅昂貴，而且具有較大的體積，不利于在結(jié)構(gòu)緊湊度要求很高的小型精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中使用。因此，本發(fā)明提出一種高度集成的精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，它能夠在無(wú)需外界傳感器的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性的監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，提供一種基于壓電智能結(jié)構(gòu)的傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。本發(fā)明采用柔順位移導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，使用壓電智能結(jié)構(gòu)作為致動(dòng)和傳感的一體裝置，可在沒(méi)有外界傳感裝置的情況下，實(shí)行閉環(huán)控制，得到高精度的運(yùn)動(dòng)。
[0004]本發(fā)明采取了下述技術(shù)方案:
一種基于壓電智能結(jié)構(gòu)的傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由隔振隔振彈簧、預(yù)緊彈簧，壓電智能結(jié)構(gòu)組成；壓電智能結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷片堆疊而成；壓電智能結(jié)構(gòu)嵌入在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)下半部分的中間開設(shè)的方槽中；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)兩邊布置了兩個(gè)由一系列柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)組成的隔振彈簧和預(yù)緊彈簧；隔振彈簧由一系列第二柔性鉸鏈組成；預(yù)緊彈簧由一系列切縫和第三柔性鉸鏈組成；放置壓電智能結(jié)構(gòu)的方槽上下各有兩條角度分別為a和b的切縫終止于一對(duì)第一柔性鉸鏈，而在該平臺(tái)的下方設(shè)計(jì)了一個(gè)沿著X方向的長(zhǎng)條切縫，該切縫終止于第一柔性鉸鏈。
[0005]由壓電陶瓷片組成的壓電智能結(jié)構(gòu)分為兩部分，上面部分的陶瓷片堆疊利用壓電效應(yīng)作為傳感裝置，下半部分陶瓷片堆疊利用逆壓電效應(yīng)作為致動(dòng)裝置。該壓電智能結(jié)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中最重要的元件，不僅能夠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)精密運(yùn)動(dòng)，而且同時(shí)起著傳感器的作用以監(jiān)測(cè)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性。
[0006]整個(gè)微位移運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以中心線K為對(duì)稱軸左右對(duì)稱設(shè)置；在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上開設(shè)有螺紋孔，可任意安裝以及組合成多自由度微位移運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，方便而且快捷。
[0007]所述第一柔性鉸鏈為半圓型柔性鉸鏈；所述第二柔性鉸鏈為直梁型柔性鉸鏈、直圓型柔性鉸鏈或拋物線型柔性鉸鏈；所述第三柔性鉸鏈為圓型柔性鉸鏈。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果:
傳感-致動(dòng)一體式精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用壓電智能結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，不僅讓整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，而且它能夠在無(wú)需外界傳感器的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性的監(jiān)控，簡(jiǎn)化整體機(jī)構(gòu)的操作以及控制。采用整體式的柔順機(jī)構(gòu)，有效保證運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)分辨率和運(yùn)動(dòng)定位精度。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是實(shí)施例一的等軸測(cè)圖。
[0011]圖3是實(shí)施例一的壓電智能結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4是實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖5是實(shí)施例三的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例一:如附圖1所示，本基于壓電智能結(jié)構(gòu)的傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由基座22、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24、壓電智能結(jié)構(gòu)16、方槽15、一組隔振彈簧、一組預(yù)緊彈簧構(gòu)成；所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24中壓電智能結(jié)構(gòu)16放置在方槽15中；所述方槽15上下兩端各沿與中心對(duì)稱軸K成角度a和b開設(shè)兩組切縫21a、21b ;所述兩組切縫21a和21b分別由兩組第一柔性鉸鏈10a、1b終止；所述隔振彈簧由第二柔性鉸鏈la、lb、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b構(gòu)成；所述預(yù)緊彈簧彈簧由切縫12a、12b、17a、17b、20a、20b構(gòu)成；所述切縫12a、12b終止于第三柔性鉸鏈13a、13b ;所述切縫17a、17b終止于第三柔性鉸鏈18a、18b ;所述切縫20a、20b終止于第三柔性鉸鏈11a、lib、14a、14b、19a、19b ;所述基座21上開設(shè)兩條切縫23a、23b，兩條切縫成前后對(duì)稱布置。
[0016]所述基座22，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24，方槽15，第一柔性鉸鏈10a、10b、25a、25b，如圖2所示，第二柔性絞鏈 la、lb、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b ;第三柔性絞鏈 lla、llb、13a、13b、14a、14b、18a、18b、19a、19b ;切縫 12a、12b、17a、17b、20a、20b、23a、23b組成由一塊材料由一塊材料經(jīng)過(guò)線切割機(jī)加工而成；整個(gè)傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以中心線K為對(duì)稱軸左右對(duì)稱設(shè)置；中心對(duì)稱軸K方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)平臺(tái)22輸出位移方向；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10上開設(shè)有螺紋孔25，如圖2所示；所述切縫23a、23b分別終止于第一柔性鉸鏈26a、26b。
[0017]如附圖3所示，所述壓電智能結(jié)構(gòu)16，由絕緣陶瓷27a、27b、27c、電極層28a、28b、傳感器層29、致動(dòng)器層30構(gòu)成；所述壓電智能結(jié)構(gòu)16，傳感器層29位于致動(dòng)器層30上方；所述致動(dòng)器層30，由電極層28c、壓電片31、供電電極32、絕緣玻璃33構(gòu)成；所述致動(dòng)器層，是由數(shù)層壓電片31堆疊而成，每層壓電片31都設(shè)計(jì)有供電電極32，每層壓電片31之間都設(shè)計(jì)有絕緣玻璃33 ;所述傳感器層29組成結(jié)構(gòu)與致動(dòng)器層30 —致。
[0018]整個(gè)傳感-致動(dòng)一體式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的輸入由壓電智能結(jié)構(gòu)16完成。壓電智能結(jié)構(gòu)16的輸入通過(guò)面接觸的方式驅(qū)動(dòng)方槽15上方的與中心軸成分別成a和b度的兩組切縫21a、21b終止端上的兩組對(duì)稱的第一柔性鉸鏈10a、10b產(chǎn)生彈性彎曲變形；兩組第一柔性鉸鏈1aUOb的彈性變形驅(qū)動(dòng)切縫12a、12b終止端的第三柔性鉸鏈13a、13b和切縫17a、17b終止端的第三柔性鉸鏈18a、18b以及切縫20a、20b終止端的第三柔性鉸鏈11a、lib、14a、14b、19a、19b 產(chǎn)生彈性彎曲變形；第三柔性鉸鏈 13a、13b、18a、18b、11a、lib、14a、14b、19a、19b彈性彎曲變形驅(qū)動(dòng)第二柔性鉸鏈 la、lb、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b 產(chǎn)生彈性彎曲變形；第二柔性鉸鏈 la、lb、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b的彈性彎曲變形驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)24產(chǎn)生沿中心對(duì)稱軸