基于压电驱动的串并混连式三自由度精密驱动平台的制作方法

本实用新型涉及精密驱动领域，特别涉及一种基于压电驱动的串并混连式三自由度精密驱动平台。可应用于精密与超精密加工、显微操作、微机电系统等科学技术领域。

背景技术：

压电驱动技术作为一种新型的驱动方式，以其定位精度高、输出力大、响应迅速、无磁场干扰、效率高等优点逐渐被应用于众多精密驱动平台中，尤其受到微小机器人、显微操作、精密与超精密加工等领域的关注。目前存在的压电驱动平台多为单自由度或者二自由度，并且在结构尺寸微小型化方向上仍有较大发展空间。驱动平台存在自由度少、结构尺寸过大、工作可靠性差、定位精度不足等问题。因此设计一种多自由度、结构紧凑的压电驱动平台对于推动压电驱动平台的应用与研究是有重要意义的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于压电驱动的串并混连式三自由度精密驱动平台，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型采用了结构上为串联关系的上、下两层驱动单元，其中下层驱动单元实现Z轴方向的精密直线位移，上层驱动单元通过结构上为并联关系的桥式柔性铰链放大结构，实现X轴、Y轴方向的精密直线位移，整个驱动平台能够同时实现三个方向的耦合运动。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

基于压电驱动的串并混连式三自由度精密驱动平台，包括上层驱动单元、下层驱动单元，所述上层驱动单元通过连接螺栓A1、连接螺栓B2、连接螺栓C3、连接螺栓D4和连接螺母A7、连接螺母B8、连接螺母C13、连接螺母D14与下层驱动单元紧固连接；所述上层驱动单元为一体化结构，包括上层基板5、‘S’形柔性铰链15、上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18、A型压电叠堆Ⅰ18和A型压电叠堆Ⅱ20，所述A型压电叠堆Ⅰ18、A型压电叠堆Ⅱ20分别安装在上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18的内部，作为驱动平台的动力源；所述上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18沿上层驱动单元对角线对称分布，将A型压电叠堆Ⅰ18和A型压电叠堆Ⅱ20的位移输出放大后传递至与其连接的载物平台，分别产生X轴、Y轴方向的位移；所述载物平台作为整个驱动平台的位移输出端，在X轴、Y轴方向分别连接了一组‘S’形柔性铰链15；所述S形柔性铰链15在A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ18、20失电收缩后将载物平台推回至初始位置。

所述的下层驱动单元为一体化结构，包括上板6、下层桥式柔性铰链放大结构9、下板10、B型压电叠堆11、弓形支撑12，所述B型压电叠堆9安装在下层桥式柔性铰链放大结构9内部，作为下层驱动单元的动力源；所述下层桥式柔性铰链放大结构呈十字形结构，当B型压电叠堆11伸长时，推动下层桥式柔性铰链放大结构产生四个方向的位移，经放大后传递至弓形支撑12上；所述弓形支撑12连接上板6和下板10，并放大从下层桥式柔性铰链放大结构9传递过来的位移，推动下层驱动单元的上板6产生Z轴方向位移；所述上板6将下层驱动单元产生的Z轴方向位移传递至上层驱动单元。

本实用新型的有益效果在于：可输出X、Y、Z三个方向的精密位移，且体积小、结构紧凑、控制简单，定位精度高、工作稳定可靠，可应用于精密与超精密加工、微机电系统、显微操作等领域。本实用新型驱动平台具有位移输出稳定、载荷输出大等优点，能够实现小行程内的高精度位移。本实用新型对于我国精密与超精密加工等领域的发展具有重要意义，其在精密与超精密加工、微机电系统、显微操作等众多领域必定有广阔的应用前景。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

1、连接螺栓A；2、连接螺栓B；3、连接螺栓C；4、连接螺栓D；5、上层基板；6、上板；7、连接螺母A；8、连接螺母B；9、下层桥式柔性铰链放大机构；10、下层基座；11、B型压电叠堆；12、弓形支撑；13、连接螺母C；14、连接螺母D；15、‘S’形柔性铰链；16、载物平台；17、上层桥式柔性铰链放大机构A；18、A型压电叠堆Ⅰ；19、上层桥式柔性铰链放大机构B；20、A型压电叠堆Ⅱ。

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及图2所示，本实用新型的基于压电驱动的串并混连式三自由度精密驱动平台，包括上层驱动单元、下层驱动单元，所述上层驱动单元通过连接螺栓A1、连接螺栓B2、连接螺栓C3、连接螺栓D4和连接螺母A7、连接螺母B8、连接螺母C13、连接螺母D14与下层驱动单元紧固连接；所述上层驱动单元为一体化结构，包括上层基板5、‘S’形柔性铰链15、上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18、A型压电叠堆Ⅰ18和A型压电叠堆Ⅱ20，所述A型压电叠堆Ⅰ18、A型压电叠堆Ⅱ20分别安装在上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18的内部，作为驱动平台的动力源；所述上层桥式柔性铰链放大结构A17、上层桥式柔性铰链放大结构B18沿上层驱动单元对角线对称分布，将A型压电叠堆Ⅰ18和A型压电叠堆Ⅱ20的位移输出放大后传递至与其连接的载物平台，分别产生X轴、Y轴方向的位移；所述载物平台作为整个驱动平台的位移输出端，在X轴、Y轴方向分别连接了一组‘S’形柔性铰链15；所述S形柔性铰链15在A型压电叠堆Ⅰ、Ⅱ18、20失电收缩后将载物平台推回至初始位置。

所述的下层驱动单元为一体化结构，包括上板6、下层桥式柔性铰链放大结构9、下板10、B型压电叠堆11、弓形支撑12，所述B型压电叠堆11安装在下层桥式柔性铰链放大结构9内部，作为下层驱动单元的动力源；所述下层桥式柔性铰链放大结构呈十字形结构，当B型压电叠堆9伸长时，推动下层桥式柔性铰链放大结构产生四个方向的位移，经放大后传递至弓形支撑12上；所述弓形支撑12连接上板6和下板10，并放大从下层桥式柔性铰链放大结构9传递过来的位移，推动下层驱动单元的上板6产生Z轴方向位移；所述上板6将下层驱动单元产生的Z轴方向位移传递至上层驱动单元。

参见图1及图2所示，本实用新型的具体工作过程如下：

载物平台X轴、Y轴方向位移的实现：当对A型压电叠堆Ⅰ18施加电压时，A型压电叠堆Ⅰ18压电叠堆伸长，输出位移在经上层桥式柔性铰链放大结构A17放大后推动载物平台16沿Y轴方向运动；当A型压电叠堆Ⅰ18失电回复至初始长度时，载物平台16在与之相连的‘S’形柔性铰链的弹性作用下回复至初始位置。当对A型压电叠堆Ⅱ20施加电压时，上层驱动单元的载物平台将会沿X轴方向运动，其运动过程与沿Y轴方向运动过程一致。

载物平台Z轴方向位移的实现：当对B型压电叠堆11施加电压时，基于逆压电效应，B型压电叠堆11伸长，首先推动下层桥式柔性铰链放大结构9沿Z轴方向发生形变，下层桥式柔性铰链放大结构9将形变放大后传递至与之连接的弓形支撑12，所述弓形支撑12将形变再次放大后推动上板6产生沿Z轴方向的位移，同时上板6推动与之紧固连接的上层驱动单元，带动载物平台16产生Z轴方向位移。

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。