基于压电驱动的三自由度移动平台制造技术

本实用新型专利技术公开了基于压电驱动的三自由度移动平台，涉及压电技术领域，能够具有X、Y、Z方向平移的移动自由度，且运动输出精度高、响应速度快，控制稳定。本实用新型专利技术包括：包括平台、钢珠、丝杠、长方体基体、第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、连接片、爬行作动器。连接片中心通孔处和长方体基体连接，长方体基体侧面分别粘贴第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，长方体基体中心通孔，且通孔内壁设置螺纹，和丝杠配合连接。钢珠将丝杠和平台连接。连接片的外边缘还和三个爬行作动器连接，爬行作动器包括两足爬行基体和粘贴在爬行基体顶面的压电陶瓷片，三个爬行作动器沿连接片圆周以120°的夹角分布，且和连接片一体成型。

【技术实现步骤摘要】
基于压电驱动的三自由度移动平台
本技术涉及压电
，尤其涉及基于压电驱动的三自由度移动平台。
技术介绍
液压平台能够实现三自由度上的位移控制，但由于使用液压油，而产生的跑、冒、滴、漏油等现象，会产生液压油的污染。并且液压平台的需要配备液压泵站、配管等周围设备，整体装置和控制流程繁琐，需要大量的维护保养。多级的控制装置也是的输入功率产生了大量的损耗，系统效率较低。因此，现有技术中缺乏一种能实现三自由度的移动平台，在保证运动特性的同时，控制精度高、控制问题，具有较强的系统安全性和可靠性。
技术实现思路
本技术提供了基于压电驱动的三自由度移动平台，能够具有X、Y、Z方向平移的移动自由度，且运动输出精度高、响应速度快，控制稳定，具有毫米级的定位精度。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：基于压电驱动的三自由度移动平台，包括平台、钢珠、丝杠、长方体基体、第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、连接片、爬行作动器。连接片为轮毂状，中心通孔处和长方体基体连接，长方体基体的相邻两侧面分别粘贴第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，长方体基体中心通孔，且通孔内壁设置螺纹，和丝杠配合连接。丝杠的顶部和平台底部均设置凹槽，钢珠通过置入所述凹槽，将丝杠和平台连接。连接片的外边缘还和三个爬行作动器连接，爬行作动器包括两足爬行基体和粘贴在爬行基体顶面的压电陶瓷片，所述爬行基体的一个爬行足越过并搭于连接片边缘，三个爬行作动器沿连接片圆周以120°的夹角分布，且和连接片一体成型。进一步的，爬行足为等腰三角形的支脚。进一步的，平台为圆盘状。进一步的，压电陶瓷片采用的材料为PZT-8。本技术的有益效果为：本技术具有设置于水平方向和竖直方向上的多片压电陶瓷片，利用压电陶瓷片的逆压电效应控制压电陶瓷片的形变，通过压电陶瓷片的形变带动爬行作动器和长方体基体发生形变和位移，再通过连接片的连接合成上述位移，最终实现平台的XYZ三自由度平移。对爬行基体上的三片压电陶瓷片施加不同情况的正弦电压时，移动平台可在XY平面产生360°的运动；对长方体基体的两片压电陶瓷片施加不同情况的正弦电压时，该基体和丝杆通过螺纹配合，压电陶瓷片带动该基体进行扭转运动，从而带动丝杆沿轴向做直线运动，并通过丝杆上方的钢珠抵消掉丝杆的旋转剪切力使上方的移动平台仅实现Z方向的直线运动。由于作动器结构简单紧凑，整体尺寸较小，并且作动流程简单直接，缩短的作动过程所用的时间，所以反应速度快；由于使用了压电控制，省略了传统液压驱动平台的液压泵站、配管等周围设备，简化了整个装置，除去了由于使用液压油而产生的跑、冒、滴、漏等现象，免去了液压油的污染，控制等繁琐的维护保养工作，大幅度减少了功率损耗，提高了这个系统的效率。同时由于使用了压电控制，提高了系统的控制精度和控制稳定性，大大提高了系统安全性和可靠性，并且，由于压电控制的特性，具有毫米级的定位精度。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是实施例的结构示意图；图2是长方体基体的运动原理示意图；图3是施加不同正弦电压V4和V5时平台的运动正视图；图4是单个爬行作动器的运动原理示意图；图5是施加不同正弦电压V1，V2和V3下平台的运动俯视图。其中，1-平台、2-钢珠、3-丝杠、4-长方体基体、5-第一压电陶瓷片、6-第二压电陶瓷片、7-连接片、8-爬行作动器、81-第一爬行作动器、82-第二爬行作动器、83-第三爬行作动器。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本技术作进一步详细描述。本技术实施例提供了基于压电驱动的三自由度移动平台，如图1所示，包括：平台1、钢珠2、丝杠3、长方体基体4、第一压电陶瓷片5、第二压电陶瓷片6、连接片7、爬行作动器8。连接片7为轮毂状，中心通孔处和长方体基体4连接，长方体基体4的相邻两侧面分别粘贴第一压电陶瓷片5和第二压电陶瓷片6，长方体基体4中心通孔，且通孔内壁设置螺纹，和丝杠3配合连接。丝杠3的顶部和平台1底部均设置凹槽，钢珠2通过置入所述凹槽，将丝杠3和平台1连接，钢珠2用于抵消掉丝杆3的旋转剪切力，使得上方的平台1仅实现Z方向的直线运动。连接片7的外边缘还和三个爬行作动器8连接，爬行作动器8包括两足爬行基体和粘贴在爬行基体顶面的压电陶瓷片。爬行基体有的两个支脚为等腰三角形，由长方形的顶面连接。爬行基体的一个爬行足越过并搭于连接片7边缘，三个爬行作动器8沿连接片7圆周以120°的夹角分布，且和连接片7一体成型。爬行作动器8包括第一爬行作动器81、第二爬行作动器82、第三爬行作动器83，对上述作动器上压电陶瓷片施加的电压分别为V1、V2、V3。对第一压电陶瓷片5、第二压电陶瓷片6施加的电压分别为V4、V5。本实施例的工作方法包括X、Y、Z轴各方向的位移，和X-Y平面的各方向上的位移。在Z轴方向位移的实现方法为：如图2所示，对第一压电陶瓷片5和第二压电陶瓷片6施加正余弦电压，长方体基体4产生相对于其轴线的扭转运动，再利用长方体基体4和丝杆3的内螺纹配合，带动丝杆3产生了直线运动，进而推动钢珠2，从而实现了平台1Z方向的平移。如图3所示，对第一压电陶瓷片5和第二压电陶瓷片6施加同频但相位差90°的正弦电压时，带动丝杆3产生向上的直线运动，从而实现了平台1向上平移，对第一压电陶瓷片5和第二压电陶瓷片6施加同频但相位差270°的正弦电压时，带动丝杆10产生向下的直线运动，从而实现了平台1向下平移，从而实现了平台1在Z方向上的平移。在X-Y平面上的位移的方法为：如图4所示，对爬行作动器8施加正弦电压，当电压为正时，粘贴在爬行基体上的压电陶瓷片发生形变扩张，使得爬行基体上的爬行足同时向外扩张，但由于两边支脚与爬行基体上表面之间的夹角不同，导致一边支脚离开地面向外上升，一边支脚在地面上向外移动，由第三牛顿定理可使爬行作动器向前运动，上升边支脚在重力的作用下下降着地。当电压为负时，压电陶瓷片带动爬行基体收缩，由于支脚与接触地面形成的60度夹角夹，导致一边支脚离开地面向内上升，一边支脚在地面上向内移动，由第三牛顿定理可使作动器向前运动，所有单个爬行作动器分别在一个运动周期内，沿着其长度轴线，向远离连接片7的方向产生位移。如图5所示,当正弦电压V1>V2=V3=0时，三自由度移动平台沿着第一爬行作动器81长度轴线，向平台1外产生位移;当正弦电压V1>V2>V3=0时，三自由度移动平台沿着与第一爬行作动器81长度轴线形成夹角α的方向，向平台1外产生位移，其中60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于压电驱动的三自由度移动平台，其特征在于，包括：平台（1）、钢珠（2）、丝杠（3）、长方体基体（4）、第一压电陶瓷片（5）、第二压电陶瓷片（6）、连接片（7）、爬行作动器（8）；/n连接片（7）为轮毂状，中心通孔处和长方体基体（4）连接，长方体基体（4）/n的相邻两侧面分别粘贴第一压电陶瓷片（5）和第二压电陶瓷片（6），长方体基体（4）中心通孔，且通孔内壁设置螺纹，和丝杠（3）配合连接；/n丝杠（3）的顶部和平台（1）底部均设置凹槽，钢珠（2）通过置入所述凹槽，将丝杠（3）和平台（1）连接；/n连接片（7）的外边缘还和三个爬行作动器（8）连接，爬行作动器（8）包括两足爬行基体和粘贴在爬行基体顶面的压电陶瓷片，所述爬行基体的一个爬行足越过并搭于连接片（7）边缘，三个爬行作动器（8）沿连接片（7）圆周以120°的夹角分布，且和连接片（7）一体成型。/n

【技术特征摘要】
1.基于压电驱动的三自由度移动平台，其特征在于，包括：平台（1）、钢珠（2）、丝杠（3）、长方体基体（4）、第一压电陶瓷片（5）、第二压电陶瓷片（6）、连接片（7）、爬行作动器（8）；
连接片（7）为轮毂状，中心通孔处和长方体基体（4）连接，长方体基体（4）
的相邻两侧面分别粘贴第一压电陶瓷片（5）和第二压电陶瓷片（6），长方体基体（4）中心通孔，且通孔内壁设置螺纹，和丝杠（3）配合连接；
丝杠（3）的顶部和平台（1）底部均设置凹槽，钢珠（2）通过置入所述凹槽，将丝杠（3）和平台（1）连接；
连接片（7）的外边缘还和三个爬行作动器（8）连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱攀丞，卢鹏辉，彭瀚旻，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32