專利名稱：壓電慣性沖擊式多自由度精密驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及精密驅(qū)動(dòng)裝置，特別是涉及一種采用壓電多自由度精密驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中，精密驅(qū)動(dòng)具有特別重要的意義，尤其是在精密加工、半導(dǎo)體生產(chǎn)、集成電路制造、光學(xué)加工、光纖對(duì)接、CCD對(duì)接、生物和遺傳工程、航空航天以及軍工等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的精密驅(qū)動(dòng)主要為單自由度的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。近年來(lái)也有直線平移磁致伸縮式與單自由度壓電式的研究開(kāi)發(fā)。比如東京大學(xué)的桶口俊郎教授利用壓電元件的急速變形構(gòu)造了直線自行走精密位移機(jī)構(gòu)；日立精機(jī)技術(shù)研究所的森山茂夫研究員等人開(kāi)發(fā)了2自由度的壓電精密微位移臺(tái)；靜岡大學(xué)的板生清教授與哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王啟平教授利用壓電陶瓷微變形制作了車削微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)；清華大學(xué)的李龍土院士等人使用超聲振子箍位機(jī)構(gòu)制作了壓電蠕動(dòng)馬達(dá)等等，其機(jī)構(gòu)形式多達(dá)十幾種，部分形式已獲得了應(yīng)用。但這些機(jī)構(gòu)要么為直線或旋轉(zhuǎn)的單自由度運(yùn)動(dòng)，要么運(yùn)動(dòng)的行程過(guò)小，使用上受到較多的限制。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是提供一種多自由度精密驅(qū)動(dòng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)平面x、y方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的三維方向驅(qū)動(dòng)。
將一個(gè)接受可控電壓波形電源控制的壓電體的兩端分別固定一慣性體和移動(dòng)體，當(dāng)施加一個(gè)急劇增加的電源信號(hào)使壓電體急速變形時(shí)，移動(dòng)體就會(huì)在慣性體的反作用力作用下發(fā)生位移。基于該原理，本實(shí)用新型是由晶片型壓電體2及固定其一端上的慣性體1作為驅(qū)動(dòng)元件，其特征在于在一移動(dòng)體3的周邊上對(duì)稱均布設(shè)置四個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)元件，即將該驅(qū)動(dòng)元件之晶片型壓電體2的另一端固定在移動(dòng)體3上，移動(dòng)體3設(shè)置在一光滑的平板7上。即構(gòu)成了可沿平面x、y坐標(biāo)方向上的平移或繞移動(dòng)體軸心旋轉(zhuǎn)的三個(gè)自由度的精密驅(qū)動(dòng)器。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、位移精度高的優(yōu)點(diǎn)。該裝置適用于在力要求較小、位移精度要求較高的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可連接在二級(jí)放大機(jī)構(gòu)上，以實(shí)現(xiàn)較大行程的精密驅(qū)動(dòng)。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1、圖2，在一移動(dòng)體3的周邊上，對(duì)稱布置四個(gè)由雙晶片型壓電體2及固定其一端的慣性體1組成的驅(qū)動(dòng)元件，即將該驅(qū)動(dòng)元件之雙晶片型壓電體2的另一端固定在移動(dòng)體3上，移動(dòng)體3放置在一光滑的平板7上。
本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)在圖2中所示的四個(gè)雙晶片壓電體2上同時(shí)施加一個(gè)先急劇增加而后緩慢減小的電壓信號(hào)，使之急速?gòu)澢冃魏笤倬徛謴?fù)，若四個(gè)壓電體同時(shí)按順時(shí)針?lè)较蚣彼購(gòu)澢?，則在慣性體1的慣性反作用力下使移動(dòng)體3繞其自身軸心向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一個(gè)步距角；當(dāng)在四個(gè)壓電體2上同時(shí)施加一個(gè)先緩慢增加而后急劇減小的壓電信號(hào)，使之緩慢按順時(shí)針?lè)较驈澢冃魏笤偌眲』謴?fù)，則使移動(dòng)體繞其軸心向順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一個(gè)步距角。當(dāng)在圖2中所示的上、下兩個(gè)壓電體上同時(shí)施加使其均向左側(cè)急劇彎曲變形而后緩慢恢復(fù)的壓電信號(hào)時(shí)，則可使移動(dòng)體向右移動(dòng)一個(gè)步距；同理，反之則可使移動(dòng)體向左移動(dòng)。當(dāng)在圖2中所示的左、右兩個(gè)壓電體同時(shí)急速向上或向下方向急速?gòu)澢冃螘r(shí)，則使移動(dòng)體向下或向上移動(dòng)。據(jù)此，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)平面x、y坐標(biāo)二個(gè)方向及旋轉(zhuǎn)的三維驅(qū)動(dòng)。
本壓電慣性沖擊式多自由度驅(qū)動(dòng)器，摩擦力是影響驅(qū)動(dòng)精度的重要因素，為能夠調(diào)整移動(dòng)體3與平板7間的摩擦力，在移動(dòng)體3的軸心上還穿置有軸4，軸4的下端通過(guò)螺母6托置一磁鐵環(huán)5，平板7采用鐵磁性金屬板。旋轉(zhuǎn)螺母6可調(diào)整磁鐵環(huán)5與金屬板7的間距，調(diào)整移動(dòng)體3與金屬板7間的摩擦力。
由于雙晶片型壓電體的彎曲變形量極小(可由激勵(lì)電壓的大小進(jìn)行調(diào)整)，所以由慣性沖擊造成的移動(dòng)(或轉(zhuǎn)動(dòng))也極小，驅(qū)動(dòng)的位移精度可以達(dá)到0.1μm以下，轉(zhuǎn)動(dòng)精度達(dá)到0.1μrad以下，且可以通過(guò)調(diào)整磁性力的大小進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)精度。
本實(shí)用新型的多自由度精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以與其他機(jī)構(gòu)合并使用以形成更大行程的精密驅(qū)動(dòng)，其中本實(shí)用新型的裝置用做提供精密驅(qū)動(dòng)，其他機(jī)構(gòu)用作大行程過(guò)程中的粗動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種壓電慣性沖擊式多自由度精密驅(qū)動(dòng)器，是由晶片型壓電體(2)及固定其一端上的慣性體(1)作為驅(qū)動(dòng)元件，其特征在于在一移動(dòng)體(3)的周邊上對(duì)稱均布設(shè)置四個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)元件，即將該驅(qū)動(dòng)元件之晶片型壓電體(2)的另一端固定在移動(dòng)體(3)上，移動(dòng)體(3)設(shè)置在一光滑的平板(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電慣性沖擊式多自由度精密驅(qū)動(dòng)器，其特征在于在移動(dòng)體(3)的軸心上穿置有軸(4)，軸(4)的下端通過(guò)螺母(6)托置一磁鐵環(huán)(5)，平板(7)采用鐵磁性金屬板。
專利摘要本實(shí)用新型所述的壓電慣性沖擊式多自由度精密驅(qū)動(dòng)器涉及精密驅(qū)動(dòng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)平面x、y方向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的三維方向驅(qū)動(dòng)。它是由晶片型壓電體2及固定其一端上的慣性體1作為驅(qū)動(dòng)元件，其特征在于在一移動(dòng)體3的周邊上對(duì)稱均布設(shè)置四個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)元件，即將該驅(qū)動(dòng)元件之晶片型壓電體2的另一端固定在移動(dòng)體3上，移動(dòng)體3設(shè)置在一光滑的平板7上。
文檔編號(hào)H02N2/02GK2615958SQ0321156
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者楊志剛, 程光明, 華順明, 盧全國(guó), 陳西平 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)