CN106849746B - 基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，旨在解决采用基于惯性冲击的三自由度压电驱动的问题。基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台主要由输出平台(1)、金属基板(2)、惯性质量块(3)、压电晶片(4)、驱动器连接轴(5)、上滑板(6)、下滑板(7)、圆柱导轨(8)与固定平台(9)组成。系统提供了一种占用空间小、结构简单、检验精度高、操作简便、易于安装、成本较低、性能可靠的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密驱动器，更具体的说，它是一种基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台。
背景技术
传统的运动平台主要由电磁型旋转电机驱动，这种驱动方式事实性较差，可实现的直线运动定位精度或速度较低并产生电磁干扰。压电驱动器从定位精度、响应速度等方面而言具有明显的优势，基于压电驱动开发的多自由度定位平台研究已成为近年来的热点。但是基于不同种类的压电驱动器的动平台目前仍存在许多不足。采用本发明的压电驱动平台不仅能实现三个自由度的运动，还利用了压电惯性驱动器的精密驱动输出提高了驱动平台的线速度、角速度和驱动力。此外，通过引入导轨来提高压电驱动器定向输出的精度和稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术的缺陷和不足设计一种基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，实现平面三自由度的大行程、高精度、高速度的输出要求。
参阅图1至图10，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现。本发明所提供的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台包括有输出平台、金属基板、惯性质量块、压电晶片、驱动器连接轴、上滑板、下滑板、圆柱导轨与固定平台。
输出平台放置在驱动器连接轴的顶部与驱动器连接轴螺栓固定连接，四个金属基板插入驱动器连接轴侧面的四个细长槽与驱动器连接轴过盈配合固定，两个压电晶片对称放置在每个金属基板的两侧与金属基板粘接固定连接，两个惯性质量块对称放置在每个金属基板的端部两侧与金属基板螺栓固定连接，驱动器连接轴的底部与上滑板上表面的环形凹槽间隙配合，下滑板的两个短细长钢条和上滑板的两个细长滑槽滑动配合，两个圆柱导轨对称放置于固定平台的内部并与固定平台焊接固定连接，下滑板放置在两个圆柱导轨的顶部。
技术方案中所述的输出平台为钢板制成的圆形零件，输出平台加工有四个关于中心对称的通孔。
技术方案中所述的金属基板为金属板制成的矩形零件，金属基板的末端加工有圆形通孔。
技术方案中所述的惯性质量块为金属块制成的长方体零件，惯性质量块的中心加工有圆形通孔。
技术方案中所述的压电晶片为压电陶瓷制成的矩形薄片零件。
技术方案中所述的驱动器连接轴为钢制圆柱体零件，驱动器连接轴侧面均布加工四个细长槽，驱动器连接轴顶部加工有四个螺纹孔。
技术方案中所述的上滑板由一块矩形钢板制成，上滑板上表面中部加工有环形凹槽、下表面加工有两个平行细长滑槽。
技术方案中所述的下滑板为两块平行短细长钢条和两块平行长细长钢条垂直焊接而成的零件。
技术方案中所述的圆柱导轨为细长圆柱形零件。
技术方案中所述的固定平台是由金属板焊接制成的U型零件。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用压电驱动器驱动与导轨的结合，使部分零件之间构成一个转动副和两个移动副，实现压电驱动平台的三个自由度。具有大行程、高精度、响应快、运动方式灵活的优点。
(2)驱动器四个压电振子关于X、Y轴对称，采用双压电晶片振子相比以往的单压电晶片振子的优点是输出力对称，输出误差小。使得压电驱动平台的输出位移更加稳定，有利于输出位移精度的提高。
附图说明
图1是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的轴测图；
图2是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的输出平台1、金属基板2、惯性质量块3、压电晶片4和驱动器连接轴5的爆炸图；
图3是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的驱动器连接轴5与上滑板6的轴测图；
图4是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的驱动器连接轴5、输出平台1与上滑板6的剖视图；
图5是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的上滑板6和下滑板7滑动配合的轴测图；
图6是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的下滑板7、圆柱导轨8与固定平台9滑动配合的轴测图；
图7是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的输出平台1的轴测图；
图8是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的上滑板6的轴测图；
图9是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的下滑板7的轴测图；
图10是基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的固定平台9的轴测图；
图中：1.输出平台，2.金属基板，3.惯性质量块，4.压电晶片，5.驱动器连接轴，6.上滑板，7.下滑板，8.圆柱导轨，9.固定平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述:
参阅图1至图10，基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台包括有输出平台1、金属基板2、惯性质量块3、压电晶片4、驱动器连接轴5、上滑板6、下滑板7、圆柱导轨8与固定平台9。
输出平台1为钢板制成的圆形零件，输出平台1加工有四个关于中心对称的通孔，金属基板2为金属板制成的矩形零件，金属基板2的末端加工有圆形通孔，惯性质量块3为金属块制成的长方体零件，惯性质量块3的中心加工有圆形通孔，驱动器连接轴5为钢制圆柱体零件，驱动器连接轴5侧面均布加工四个细长槽，驱动器连接轴5顶部加工有四个螺纹孔，输出平台1放置在驱动器连接轴5的顶部与驱动器连接轴5螺栓固定连接，四个金属基板2插入驱动器连接轴5侧面的四个细长槽与驱动器连接轴5过盈配合固定，压电晶片4为压电陶瓷制成的矩形薄片零件，两个压电晶片4对称放置在每个金属基板2的两侧与金属基板2粘接固定连接，两个惯性质量块3对称放置在每个金属基板2的端部两侧与金属基板2螺栓固定连接。
上滑板6由一块矩形钢板制成，上滑板6上表面中部加工有环形凹槽、下表面加工有两个平行细长滑槽，驱动器连接轴5的底部与上滑板6上表面的环形凹槽间隙配合，下滑板7为两块平行短细长钢条和两块平行长细长钢条垂直焊接而成的零件，下滑板7的两个短细长钢条和上滑板6的两个细长滑槽滑动配合，圆柱导轨8为细长圆柱形零件，固定平台9是由金属板焊接制成的U型零件，两个圆柱导轨8对称放置于固定平台9的内部并与固定平台9焊接固定连接，下滑板7放置在两个圆柱导轨8的顶部。
基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台的使用方法：
以运动方位设置空间坐标系，XOY平面与输出平台1平行，其中X轴方向与固定平台9上的导轨方向平行，Y轴方向与下滑板7顶部的两个细长钢条和上滑板6底部的两个细长滑槽平行，Z轴垂直于输出平台1上表面。
一个金属基板2与两侧的压电晶片4构成一个压电振子。对全部压电晶片4施加驱动信号，四个压电振子同时在顺或逆时针方向产生振动，并在绕Z轴方向上产生惯性力。
驱动器在上滑板6凹槽内转动，驱动平台1绕Z轴转动。
当一对施加有驱动信号压电振子与X轴重合时，这对压电振子同时在Y轴方向产生振动，并在沿Y轴方向上产生惯性力，上滑板6相对下滑板7沿Y轴直线运动，其余部分静止不动，驱动平台1相对固定平台9沿Y轴方向运动。
当一对施加有驱动信号压电振子与Y轴重合时，这对压电振子同时在X轴方向产生振动，并在沿X轴方向上产生惯性力，上滑板6和下滑板7沿固定平台的导轨8运动，驱动平台1相对固定平台9沿X轴方向运动。
Claims (10)
1.一种基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于，所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台包括有输出平台(1)、金属基板(2)、惯性质量块(3)、压电晶片(4)、驱动器连接轴(5)、上滑板(6)、下滑板(7)、圆柱导轨(8)与固定平台(9)；
输出平台(1)放置在驱动器连接轴(5)的顶部与驱动器连接轴(5)螺栓固定连接，四个金属基板(2)插入驱动器连接轴(5)侧面的四个细长槽与驱动器连接轴(5)过盈配合固定，两个压电晶片(4)对称放置在每个金属基板(2)的两侧与金属基板(2)粘接固定连接，两个惯性质量块(3)对称放置在每个金属基板(2)的端部两侧与金属基板(2)螺栓固定连接，驱动器连接轴(5)的底部与上滑板(6)上表面的环形凹槽间隙配合，下滑板(7)的两个短细长钢条和上滑板(6)的两个细长滑槽滑动配合，两个圆柱导轨(8)对称放置于固定平台(9)的内部并与固定平台(9)焊接固定连接，下滑板(7)放置在两个圆柱导轨(8)的顶部。
2.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的输出平台(1)为钢板制成的圆形零件，输出平台(1)加工有四个关于中心对称的通孔。
3.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的金属基板(2)为金属板制成的矩形零件，金属基板(2)的末端加工有圆形通孔。
4.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的惯性质量块(3)为金属块制成的长方体零件，惯性质量块(3)的中心加工有圆形通孔。
5.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的压电晶片(4)为压电陶瓷制成的矩形薄片零件。
6.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的驱动器连接轴(5)为钢制圆柱体零件，驱动器连接轴(5)侧面均布加工四个细长槽，驱动器连接轴(5)顶部加工有四个螺纹孔。
7.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的上滑板(6)由一块矩形钢板制成，上滑板(6)上表面中部加工有环形凹槽、下表面加工有两个平行细长滑槽。
8.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的下滑板(7)为两块平行短细长钢条和两块平行长细长钢条垂直焊接而成的零件。
9.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的圆柱导轨(8)为细长圆柱形零件。
10.按照权利要求1所述的基于惯性冲击的三自由度压电驱动平台，其特征在于所述的固定平台(9)是由金属板焊接制成的U型零件。
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