CN202135077U - 多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，属于精密加工领域。可进行绕确定方向的超精密步进式旋转运动和沿确定方向的直线步进式移动。本实用新型以高精度的压电驱动器驱动柔性铰链结构进行相关箝位，通过控制定子一、二层的压电箝位机构的箝位时间顺序实现绕确定转轴的步进式超精密旋转运动；同时通过控制定子底部竖直压电叠堆的伸缩量和定子一、二、三层柔性铰链的箝位来控制沿确定方向的直线步进式位移。主要由定子和转子组成。其中定子里封装有三层三爪式自定心压电箝位机构、低频旋转驱动机构和直线步进驱动机构；转子为可变式接口转轴。具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。

Description

多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置

技术领域

    本实用新型涉及精密加工领域，特别涉及一种多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置。应用于超精密加工机床、精密超精密微细加工与测量技术、材料试件纳米力学性能检测、微机电系统（MEMS）、精密光学、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天、机器人、军事技术等高尖端的科学技术领域。

背景技术

伴随着科学技术的迅猛发展，对产品加工精度的要求越来越高，尤其是在精密超精密微细加工与测量技术、微机电系统（MEMS）、纳米科技、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天科技、军事技术等高尖端的科学技术领域中显得格外重要。要想实现产品零件的精密超精密加工，就必须提供一种合适的高精度的驱动装置。传统的驱动装置，如普通电机、丝杠螺母、涡轮蜗杆等宏观大尺寸驱动装置已不能满足其精度要求。因此，各国的科研人员倾力于研究性能更优越的新型高精度驱动装置。

所谓新式驱动装置，是指采用新型材料作为电能—机械能转换元件，再通过传动机构，使目标机构产生一定动作的装置。通过各国科研人员的不断探索，相当多的新型驱动装置已经被研制出来了，其中的一些已经在实际中得到了相关的应用。按照驱动元件的不同，新型驱动装置大体可分为以下几类：相变材料驱动装置、热变形驱动装置、形状记忆合金驱动装置、电磁驱动装置、静电驱动装置、磁致伸缩驱动装置、电流变驱动装置、电致伸缩驱动装置、压电驱动装置等。其中能达到纳米级精度的目前只有电致伸缩驱动装置和压电驱动装置。相比于电致伸缩驱动装置，压电驱动装置因为体积小重量轻、响应快(微秒级)、控制特性好、能量密度大、能耗低、不受磁场影响等特点而得到了更广泛的应用。

以往的驱动装置往往存在结构尺寸偏大、步进精度低、往返重复定位精度低、难于加工等缺点；尽管其中也有一些驱动器输出稳定、精度高，但行程小，只有几十微米，严重限制了其应用的范围；同时，若要达到多自由度运动的输出的目的，往往需要有多个单自由运动模块组合、装配来实现，导致整个装置相当复杂，影响整体刚度。因此有必要设计一种定位精度和重复定位精度均较高，同时适用于旋转和直线运动输出的微小型精密驱动器。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，解决了现有技术存在的上述问题。其具有箝位稳定、载荷输出较大的特点，并能实现大行程运动、直线和旋转运动输出并举等功能。本实用新型采用旋转运动模块和直线运动模块的方法来实现绕转子轴线的旋转运动和沿该轴线的直线运动；为了提高步进运动的稳定性，箝位装置采用一种特殊的柔性铰链结构，且每次箝位都有三个箝位柔性铰链同时动作，具有良好的对中性，并使钳位、驱动方式交替进行，从而实现钳位的稳定性和轴向旋转的准确性。其旋转驱动部分设计成三爪自定心柔性铰链，使结构紧凑并且响应迅速。低频下的旋转运动为推力起作用，本实用新型采用九组压电叠堆共同作用实现钳紧和推动，且钳紧和驱动按相应时序交替进行。转子部分无绕线结构，可使转子实现任意角度的旋转。直线步进运动由三组压电叠堆驱动，配合定子上三层的九组压电箝位机构的时序交替箝位作用，使转子实现沿直线方向的步进运动。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，包括转子1及定子2，所述转子1为一转轴，轴的输出端开有螺纹孔与定子2中部的轴孔过渡配合；

所述定子2包括分别嵌有压电叠堆箝位柔性铰链的定子一、二、三层和嵌有竖直压电叠堆的定子底部；其中定子一层靠近轴孔部分通过三个箝位柔性铰链与转子1箝位，三个箝位柔性铰链分别通过嵌入定子一层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、11、19实现箝位驱动；螺纹紧固A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅰ6、7预紧该A型压电叠堆Ⅰ3，螺纹紧固A型楔形块Ⅱ、B型楔形块Ⅱ14、13预紧A型压电叠堆Ⅱ11，螺纹紧固A型楔形块Ⅲ、B型楔形块Ⅲ21、20预紧A型压电叠堆Ⅲ19，三个箝位柔性铰链组成了定子一层的三爪式自定心压电箝位结构；

定子二、三层分别与上述定子一层的箝位、预紧结构相同，定子一、二层间通过三处薄壁柔性铰链相连接，定子二层的箝位、预紧结构与第一层完全相同，通过调节预紧螺钉Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ28、29、44来调节A型楔形块Ⅶ、B型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅷ、B型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅸ48、49、52、53、58、59的压紧程度，从而控制A型压电叠堆Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ50、51、57来实现柔性铰链的预紧和箝位；定子三层的箝位、预紧结构与前两层相同，通过调节预紧螺钉Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ27、30、42来调节B型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅺ、B型楔形块Ⅺ、A型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅻ46、47、54、55、60、61的压紧程度，从而控制A型压电叠堆Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ50、51、57实现柔性铰链的预紧和箝位，第三层和第二层之间有三处薄壁柔性铰链相连，用以实现直线步进运动； 

定子底部为直线驱动部分，其内部嵌有B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ31、35、40，螺纹紧固A型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅴ33、32预紧该B型压电叠堆Ⅳ31，螺纹紧固A型楔形块Ⅴ、B型楔形块Ⅵ37、36预紧B型压电叠堆Ⅴ35，螺纹紧固A型楔形块Ⅵ、B型楔形块Ⅶ38、39预紧B型压电叠堆Ⅵ40，该B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ31、35、40分别穿过定子三层中预留的圆孔，顶在定子二层的下表面，定子一、二层的外围嵌有三个旋转驱动结构，具体是驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ8、16、24嵌在字子二层中过盈配合，B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23一端分别固定在驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ8、16、24的上层，另一端顶在定子一层；

所述的转子1为无绕线结构。

所述的转子1为可变式接口转轴。

所述的转子1通过A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ3、11、19、45、50、51、56、57、62实现不同频率下的转动或移动。

所述的定子2的定子二层通过固定螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4、9、12、17、22、25与外部壳体固定。

本实用新型的有益效果有于：可大大提高普通驱动器的驱动精度，降低结构的复杂性及尺寸，且具有成本低、投资少、见效快、效益高等优点。可以应用于精密加工机床、微机电系统以及机器人领域，目的在于提高系统微动精度、降低结构尺寸。本实用新型对于我国精密超精密加工领域的发展有着极其重要的意义，其在精密加工、半导体制造、航空航天、军事科技等众多领域必定有广阔的应用前景。具有箝位稳定、载荷输出较大的特点，并能实现大行程运动、直线和旋转运动输出并举等功能。本实用新型所涉及的一种多自由度超高精度驱动装置，总体尺寸为80×49mm，整体结构较小，可方便放置于各种器械中，用于实现对不同物件的绕固定轴的旋转驱动和沿固定方向的直线步进运动驱动。本实用新型的主要功能为实现超高精度的步进式旋转运动和步进式直线运动，其输出具有大行程、大扭矩的特点。转子单步转过的最大角位移为10²μrad数量级；转子单步的最大直线位移为10μm数量级，相对于以往的驱动装置，其精度有极大的提高。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的主视示意图。

图3是本实用新型的仰视示意图。

图4是本实用新型的俯视示意图。

图5是图2的A-A剖视示意图。

图6是图2的B-B剖视示意图。

图中：1.转子；             2.定子；           3. A型压电叠堆Ⅰ；       4.固定螺钉Ⅰ；

5.B型压电叠堆Ⅰ；   6. A型楔形块Ⅰ；   7. B型楔形块Ⅰ；         8.驱动缩进Ⅰ；

9.固定螺钉Ⅱ；      10.预紧螺钉Ⅰ；    11. A型压电叠堆Ⅱ；        12.固定螺钉Ⅲ；

13. B型楔形块Ⅱ；   14. A型楔形块Ⅱ；  15.B型压电叠堆Ⅱ；       16.驱动缩进Ⅱ；

17.固定螺钉Ⅳ；     18.预紧螺钉Ⅱ；     19.A型压电叠堆Ⅲ；      20. B型楔形块Ⅲ；

21. A型楔形块Ⅲ；   22.固定螺钉Ⅴ；    23.B型压电叠堆Ⅲ；      24.驱动缩进Ⅲ；

25.固定螺钉Ⅵ；     26.预紧螺钉Ⅲ；     27.预紧螺钉Ⅶ；         28.预紧螺钉Ⅳ；

29.预紧螺钉Ⅴ；     30.预紧螺钉Ⅷ；     31.B型压电叠堆Ⅳ；     32. B型楔形块Ⅴ；

33. A型楔形块Ⅳ；  34.预紧螺钉Ⅹ；     35.B型压电叠堆Ⅴ；      36. B型楔形块Ⅵ；

37. A型楔形块Ⅴ；  38.A型楔形块Ⅵ；   39.B型楔形块Ⅶ；       40.B型压电叠堆Ⅵ；

41.预紧螺钉Ⅺ；    42.预紧螺钉Ⅸ；     43.预紧螺钉Ⅻ；          44.预紧螺钉Ⅵ； 

45. A型压电叠堆Ⅳ；46. B型楔形块Ⅹ；  47. A型楔形块Ⅹ；        48. A型楔形块Ⅶ；

49. B型楔形块Ⅳ；  50. A型压电叠堆Ⅴ； 51 A型压电叠堆Ⅵ；     52. B型楔形块Ⅷ；

53. A型楔形块Ⅷ；  54. A型楔形块Ⅺ；   55. B型楔形块Ⅺ；     56. A型压电叠堆Ⅶ；

57.A型压电叠堆Ⅷ；  58. B型楔形块Ⅸ；  59. A型楔形块Ⅸ；    60.A型楔形块Ⅻ；

61.B型楔形块Ⅻ；    62.A型压电叠堆Ⅸ。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图6，本实用新型的多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，包括转子1及定子2，所述转子1为一转轴，轴的输出端开有螺纹孔与定子2中部的轴孔过渡配合；通过改变转子连接口，可用于不同种类部件的旋转和直线输出。由于采用压电叠堆驱动，使得输出载荷比较大，可以驱动相对较大的部件；并且采用尺蠖步进式驱动方式，理论转角和直线运动距离无限大。

所述定子2包括分别嵌有压电叠堆箝位柔性铰链的定子一、二、三层，和嵌有竖直压电叠堆的定子底部；其中定子一层靠近轴孔部分通过三个柔性铰链与转子1箝位，三个柔性铰链分别通过嵌入定子一层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、11、19实现箝位驱动；螺纹紧固A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅰ6、7预紧该A型压电叠堆Ⅰ3，并通过预紧螺钉Ⅰ10调节A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅰ6、7的压紧程度来实现箝位预紧的调节；螺纹紧固A型楔形块Ⅱ、B型楔形块Ⅱ14、13预紧A型压电叠堆Ⅱ11，并通过预紧螺钉Ⅱ18调节A型楔形块Ⅱ、B型楔形块Ⅱ14、13的压紧程度来实现箝位预紧的调节；螺纹紧固A型楔形块Ⅲ、B型楔形块Ⅲ21、20预紧A型压电叠堆Ⅲ19，并通过预紧螺钉Ⅲ26调节A型楔形块Ⅲ、B型楔形块Ⅲ21、20的压紧程度来实现箝位预紧的调节；三个柔性铰链组成了定子一层的三爪式自定心压电箝位结构，该型箝位结构具有自定心和箝位精确的优点；

定子二、三层分别与上述定子一层的箝位、预紧结构相同，定子一、二层间通过三处柔性铰链相连接，用以实现圆周旋转运动，定子二、三层间通过三处柔性铰链相连接，用以实现直线步进运动；定子二层的箝位、预紧结构与第一层完全相同，通过调节预紧螺钉Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ28、29、44来调节楔形块A型楔形块Ⅶ、B型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅷ、B型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅸ48、49、52、53、58、59的压紧程度，从而控制A型压电叠堆Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ50、51、57来实现柔性铰链的预紧和箝位；第三层的箝位、预紧结构与前两层相同，通过调节预紧螺钉Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ27、30、42来调节B型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅺ、B型楔形块Ⅺ、A型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅻ46、47、54、55、60、61的压紧程度，从而控制A型压电叠堆Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ50、51、57实现柔性铰链的预紧和箝位，第三层和第二层之间有三处柔性铰链相连，用以实现直线步进运动； 

定子底部为直线驱动部分，其内部嵌有B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ31、35、40，螺纹紧固A型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅴ33、32预紧该B型压电叠堆Ⅳ31，并通过预紧螺钉Ⅹ34调节A型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅴ33、32的压紧程度来实现箝位预紧的调节，螺纹紧固A型楔形块Ⅴ、B型楔形块Ⅵ37、36预紧B型压电叠堆Ⅴ35，并通过预紧螺钉Ⅺ41调节A型楔形块Ⅴ、B型楔形块Ⅵ37、36的压紧程度来实现箝位预紧的调节，螺纹紧固A型楔形块Ⅵ、B型楔形块Ⅶ38、39预紧B型压电叠堆Ⅵ40，并通过预紧螺钉Ⅻ43调节A型楔形块Ⅵ、B型楔形块Ⅶ38、39的压紧程度来实现箝位预紧的调节；该B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ31、35、40分别穿过定子三层中预留的圆孔，顶在定子二层的下表面，以实现直线运动；定子一、二层的外围嵌有三个旋转驱动结构，具体是驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ8、16、24嵌在字子二层中过盈配合，B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23一端分别固定在驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ8、16、24的上层，另一端顶在定子一层，用以驱动第一层做步进式圆周运动；

所述的转子1为无绕线结构。

所述的转子1为可变式接口转轴。

所述的转子1通过A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ3、11、19、45、50、51、56、57、62实现不同频率下的转动或移动。

所述的定子2的定子二层通过固定螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4、9、12、17、22、25与外部壳体固定。

本实用新型的可动部件全部采用形体可控面型的压电叠堆，其运动是通过对A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ3、11、19、45、50、51、56、57、62控制电压的时序控制来实现的。转子1的运动和停止均由柔性铰链的箝位作用实现。箝位机构A型压电叠堆Ⅰ、B型楔形块Ⅰ、A型压电叠堆Ⅱ、A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅱ、A型楔形块Ⅱ、A型压电叠堆Ⅲ、B型楔形块Ⅲ、A型楔形块Ⅲ、A型压电叠堆Ⅸ、A型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅶ、B型楔形块Ⅳ、A型压电叠堆Ⅴ、A型压电叠堆Ⅵ、B型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅺ、B型楔形块Ⅺ、A型压电叠堆Ⅶ、A型压电叠堆Ⅷ、B型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅹ3、6、7、11、13、14、19、20、21、46、47、48、49、50、51、52、53、54、56、57、58、59、60、61、62经A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ3、11、19、45、50、51、56、57、62的作用，可沿转子1径向伸缩变形。转子1除绕轴转动之外，还能通过位于定子2底部的B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ31、35、40和定子2中封装的箝位机构A型压电叠堆Ⅰ、B型楔形块Ⅰ、A型压电叠堆Ⅱ、A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅱ、A型楔形块Ⅱ、A型压电叠堆Ⅲ、B型楔形块Ⅲ、A型楔形块Ⅲ、A型压电叠堆Ⅸ、A型楔形块Ⅹ、A型楔形块Ⅶ、B型楔形块Ⅳ、A型压电叠堆Ⅴ、A型压电叠堆Ⅵ、B型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅷ、A型楔形块Ⅺ、B型楔形块Ⅺ、A型压电叠堆Ⅶ、A型压电叠堆Ⅷ、B型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅸ、A型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅻ、B型楔形块Ⅹ3、6、7、11、13、14、19、20、21、46、47、48、49、50、51、52、53、54、56、57、58、59、60、61、62的时序控制，使转子沿轴向移动和转动。转子1可以通过A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ3、11、19、45、50、51、56、57、62实现不同频率下的转动。

参见图1、2、3、4、5、6，本实用新型的具体工作过程如下：

转子步进式旋转运动的实现，初始状态：A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、B型压电叠堆Ⅰ~Ⅵ、A型压电叠堆Ⅳ~Ⅸ3、11、19、5、15、23、31、35、40、45、50、51、56、57、62均不带电，系统处于自由状态，此时转子1亦处于游动状态；当转子实现旋转运动时：封装于定子第一层中的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、11、19通电，由于逆压电效应，A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3、11、19伸长，使得定子第一层的三个箝位柔性铰链箝紧，从而将转子与定子第一层箝固；嵌在定子第一层和第二层外围的驱动缩进机构上的B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23通电伸长，驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ8、16、24的下部与定子第二层过盈配合，定子第二层用固定螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4、9、12、17、22、25固定在外壳上，而B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23的一端固定在驱动缩进上，另一端顶在定子第一层的凹槽侧面上，所以当B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23通电伸长时，将会推动定子第一层相对于定子第二层做旋转运动，又因为转子通过定子第一层的柔性铰链与定子第一层箝固在一起，从而使得转子1相对于定子第二层做旋转运动，转角为10²μrad数量级；封装于定子第二层的A型压电叠堆Ⅷ、A型压电叠堆Ⅵ、A型压电叠堆Ⅴ50、51、57通电伸长，通过定子第二层的柔性铰链将转子1与定子第二层箝固；封装于定子第一层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、11、19失电，定子第一层的柔性铰链与转子松开；B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ5、15、23失电，由于定子第一层和第二层之间薄壁柔性铰链的作用，定子第一层相对于第二层回到了初始状态；封装于定子第一层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3、11、19通电伸长，第一层的柔性铰链与转子箝紧；封装于定子第二层的A型压电叠堆Ⅷ、A型压电叠堆Ⅵ、A型压电叠堆Ⅴ50、51、57失电。这样就完成了转子的旋转运动的一步，重复以上运动可以使得转子实现步进式的旋转运动，且其理论转角为无限大。

转子步进式直线运动的实现，初始状态：A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、B型压电叠堆Ⅰ~Ⅵ、A型压电叠堆Ⅳ~Ⅸ3、11、19、5、15、23、31、35、40、45、50、51、56、57、62均不带电，系统处于自由状态，此时转子1亦处于游动状态；封装于定子底部的B型压电叠堆Ⅵ、B型压电叠堆Ⅴ、B型压电叠堆Ⅳ31、35、40通电伸长，由于定子第二层与外壳固定，定子第二层和第三层之间靠薄壁柔性铰链连接，而B型压电叠堆Ⅵ、B型压电叠堆Ⅴ、B型压电叠堆Ⅳ31、35、40的一端通过B型楔形块Ⅴ、A型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅵ、A型楔形块Ⅴ、A型楔形块Ⅵ、B型楔形块Ⅶ32、33、36、37、38、39与定子底部连接，另一端则通过定子第三层中预留的圆孔，顶在定子第二层的下表面，所以当B型压电叠堆Ⅵ、B型压电叠堆Ⅴ、B型压电叠堆Ⅳ31、35、40通电伸长后，将使得定子第三层及定子底部相对于定子第二层向下做直线运动；封装于定子第三层的A型压电叠堆Ⅳ、Ⅸ、Ⅶ45、56、62通电伸长，通过定子第三层的柔性铰链将转子与定子第三层箝紧；封装于定子底部的B型压电叠堆Ⅵ、B型压电叠堆Ⅴ、B型压电叠堆Ⅳ31、35、40失电，使得定子第三层和定子底部在柔性铰链的作用下，相对于定子第二层向上运动回到初始状态，又因为转子和定子第三层通过柔性铰链箝紧，所以转子相对于定子第二层做向上的直线运动：封装于定子第一层和第二层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅵ、Ⅴ3、11、19、50、51、57通电，使得转子和定子第一层和第二层都箝紧；封装于定子第三层的A型压电叠堆Ⅳ、Ⅸ、Ⅶ45、56、62失电。这样就完成了转子步进式直线运动的一步，重复以上操作可以使得转子沿固定方向做步进式直线运动。

转子1用于完成动力、载荷输出，可将外输出部件通过相应连接方式连接在转子1上。整个多自由度驱动器的运动具有严格的时序逻辑。转子单步转过的最大角位移为10²μrad数量级；转子单步的最大直线位移为10μm数量级，精度极高。由于采用了压电叠堆驱动，其输出载荷相对较大。

Claims (5)

1.一种多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置， 包括转子（1）及定子（2），其特征在于：所述转子（1）为一转轴，轴的输出端开有螺纹孔与定子（2）中部的轴孔过渡配合； 

所述定子（2）包括分别嵌有压电叠堆箝位柔性铰链的定子一、二、三层和嵌有竖直压电叠堆的定子底部；其中定子一层靠近轴孔部分通过三个箝位柔性铰链与转子（1）箝位，三个箝位柔性铰链分别通过嵌入定子一层的A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（3、11、19）实现箝位驱动；螺纹紧固A型楔形块Ⅰ、B型楔形块Ⅰ（6、7）预紧该A型压电叠堆Ⅰ（3），螺纹紧固A型楔形块Ⅱ、B型楔形块Ⅱ（14、13）预紧A型压电叠堆Ⅱ（11），螺纹紧固A型楔形块Ⅲ、B型楔形块Ⅲ（21、20）预紧A型压电叠堆Ⅲ（19），三个柔性铰链组成了定子一层的三爪式自定心压电箝位结构；定子二、三层分别与上述定子一层的箝位、预紧结构相同，定子一、二层间通过三处薄壁柔性铰链相连接，定子二、三层间通过三处薄壁柔性铰链相连接；定子底部为直线驱动部分，其内部嵌有B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ（31、35、40），螺纹紧固A型楔形块Ⅳ、B型楔形块Ⅴ（33、32）预紧该B型压电叠堆Ⅳ（31），螺纹紧固A型楔形块Ⅴ、B型楔形块Ⅵ（37、36）预紧B型压电叠堆Ⅴ（35），螺纹紧固A型楔形块Ⅵ、B型楔形块Ⅶ（38、39）预紧B型压电叠堆Ⅵ（40），该B型压电叠堆Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ（31、35、40）分别穿过定子三层中预留的圆孔，顶在定子二层的下表面；定子一、二层的外围嵌有三个旋转驱动结构，具体是驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（8、16、24）嵌在定子二层中过盈配合，B型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（5、15、23）一端分别固定在驱动缩进Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（8、16、24）的上层，另一端顶在定子一层的凹槽侧面上。

2.根据权利要求1所述的多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的转子（1）为无绕线结构。

3.根据权利要求1或2所述的多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的转子（1）为可变式接口转轴。

4.根据权利要求1所述的多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的转子（1）通过A型压电叠堆Ⅰ~Ⅸ（3、11、19、45、50、51、56、57、62）实现不同频率下的转动或移动。

5.根据权利要求1所述的多自由度微纳米级仿生精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的定子（2）的定子二层通过固定螺钉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ（4、9、12、17、22、25）与外部壳体固定。

Images