本發(fā)明涉及直線電機，更具體地，涉及一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器及驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：

1、在精密與超精密加工、光學(xué)工程等多個領(lǐng)域?qū)Υ笮谐?、高精度電機的需求日益劇增。傳統(tǒng)直線電機可實現(xiàn)大行程，但難以實現(xiàn)高分辨率。而壓電尺蠖電機由于其輸出力大、運動精度高而受到越來越多的關(guān)注；

2、壓電尺蠖驅(qū)動器根據(jù)自然界動物尺蠖的爬行原理設(shè)計的，采用“箝位一驅(qū)動一箝位”的方式實現(xiàn)直線運動，目前的單層壓電尺蠖驅(qū)動器只能實現(xiàn)單自由度運動，若想實現(xiàn)二自由度或者多自由度運動，只能采用雙層或多層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，這種多自由度尺蠖驅(qū)動器，通常是將兩個單自由度壓電尺蠖驅(qū)動器進行疊加來產(chǎn)生沿兩個軸的運動，但是，這種方法不僅加大了其自身的體積，無法滿足高精度、小體積的要求，適用范圍較小，并且裝配繁瑣，增加了制造成本和重量，因此急需對此進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器及驅(qū)動方法，通過將位于同一平面的x向運動平臺和y向運動平臺安裝于定平臺內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)單層二自由度的功能，體積小、重量輕、成本低、便于裝配。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，包括定平臺，所述定平臺內(nèi)部設(shè)有x向運動平臺和y向運動平臺，所述x向運動平臺和y向運動平臺位于同一平面內(nèi)；

3、所述x向運動平臺包括框架，所述框架包括分隔框，所述分隔框兩側(cè)分別設(shè)有第一鉗位機構(gòu)和第二鉗位機構(gòu)，所述第一鉗位機構(gòu)和第二鉗位機構(gòu)分別能夠與定平臺鉗位，所述第一鉗位機構(gòu)與分隔框通過第一驅(qū)動機構(gòu)連接，所述分隔框內(nèi)設(shè)有安裝槽，所述y向運動平臺位于安裝槽內(nèi)；

4、所述y向運動平臺包括第二驅(qū)動機構(gòu)，所述第二驅(qū)動機構(gòu)兩側(cè)連接有第三鉗位機構(gòu)，所述第三鉗位機構(gòu)能夠與安裝槽內(nèi)壁鉗位。

5、進一步的，所述第一鉗位機構(gòu)數(shù)量為兩個，兩個所述第一鉗位機構(gòu)通過第一連接塊連接，所述第一連接塊與分隔框通過第一驅(qū)動機構(gòu)連接。

6、進一步的，所述第一驅(qū)動機構(gòu)包括第一壓電疊堆，所述第一壓電疊堆兩側(cè)設(shè)有柔性折疊梁，所述第一壓電疊堆和柔性折疊梁的兩端分別與第一連接塊和分隔框連接，所述第一壓電疊堆伸縮，能夠帶動第一鉗位機構(gòu)沿x向活動。

7、進一步的，所述第一鉗位機構(gòu)包括第二壓電疊堆和鉗位塊，所述第二壓電疊堆兩端固定有第一剛性塊，所述第一剛性塊與第一連接塊通過第一柔性板柔性連接，所述第一剛性塊與鉗位塊通過第二柔性板柔性連接，所述第二壓電疊堆伸縮，能夠帶動鉗位塊活動脫離或抵接定平臺內(nèi)壁。

8、進一步的，所述第二鉗位機構(gòu)數(shù)量為兩個，兩個所述第二鉗位機構(gòu)通過第二連接塊連接，所述第二鉗位機構(gòu)包括第三壓電疊堆和第三連接塊，所述第三壓電疊堆兩端固定有第二剛性塊，所述第三連接塊兩端與兩個第二剛性塊通過第三柔性板連接，所述第二剛性塊遠離第三連接塊的一側(cè)與分隔框通過第三柔性板連接，所述第三壓電疊堆伸縮，位于外側(cè)的所述第二剛性塊能夠抵接或脫離定平臺內(nèi)壁。

9、進一步的，所述第二驅(qū)動機構(gòu)與分隔框內(nèi)壁存在間隙，所述第二驅(qū)動機構(gòu)包括放大機構(gòu)和位于放大機構(gòu)內(nèi)部的第四壓電疊堆，所述放大機構(gòu)兩側(cè)分別與兩個第三鉗位機構(gòu)連接，所述第四壓電疊堆伸縮能夠帶動放大機構(gòu)活動，以使第三鉗位機構(gòu)沿y向活動。

10、進一步的，所述放大機構(gòu)包括固定于第四壓電疊堆兩端的第三剛性塊和位于第四壓電疊堆兩側(cè)的放大單元，所述放大單元兩端分別與兩個第三剛性塊柔性連接，兩個所述放大單元分別與兩個第三鉗位機構(gòu)連接。

11、進一步的，所述放大機構(gòu)為橢圓放大機構(gòu)，所述放大單元包括第四連接塊和位于第四連接塊兩側(cè)的第四剛性塊，所述第四連接塊與兩側(cè)的第四剛性塊通過第五柔性板柔性連接，位于同一所述放大單元的兩個所述第四剛性塊分別與兩個第三剛性塊通過第四柔性板柔性連接。

12、進一步的，所述第三鉗位機構(gòu)包括第五壓電疊堆和位于第五壓電疊堆兩側(cè)的第五連接塊，所述第五壓電疊堆兩端分別固定有第五剛性塊，所述第五連接塊兩端與第五壓電疊堆兩端的第五剛性塊通過第六柔性板柔性連接，一側(cè)所述第五連接塊與第四連接塊連接，所述第五壓電疊堆伸縮，所述第五剛性塊能夠活動抵接或脫離安裝槽內(nèi)壁。

13、一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器的驅(qū)動方法，包括以下步驟：

14、s1、給一個第三鉗位機構(gòu)的第五壓電疊堆通電，第五壓電疊堆通電伸長，該第三鉗位機構(gòu)鉗位分隔框，同時給第一鉗位機構(gòu)的第二壓電疊斷電，第一鉗位機構(gòu)與定平臺鉗位；

15、s2、給第一驅(qū)動機構(gòu)的第一壓電疊堆和第二驅(qū)動機構(gòu)的第四壓電疊堆通電，分隔框與第二鉗位機構(gòu)沿x向移動一步，另一個第三鉗位機構(gòu)與第二驅(qū)動機構(gòu)沿y向移動一步，實現(xiàn)x向和y向的移動；

16、s3、給第二鉗位機構(gòu)的第三壓電疊堆和步驟s2中第三鉗位機構(gòu)的第五壓電疊堆通電伸長，第二鉗位機構(gòu)對定平臺鉗位，該第三鉗位機構(gòu)對分隔框鉗位；

17、s4、給步驟s1中第三鉗位機構(gòu)的第五壓電疊堆斷電，該第三鉗位機構(gòu)與分隔框分離，同時對第一鉗位機構(gòu)的第二壓電疊堆通電，第一鉗位機構(gòu)與定平臺分離；

18、s5、第一驅(qū)動機構(gòu)的第一壓電疊堆和第二驅(qū)動機構(gòu)的第四壓電疊堆斷電，第一鉗位機構(gòu)沿x向移動一步，步驟s1中第三鉗位機構(gòu)與第二驅(qū)動機構(gòu)沿y向移動一步，再次實現(xiàn)x向和y向的移動；

19、s6、重復(fù)步驟s1-步驟s5，實現(xiàn)x向和y向位移的連續(xù)輸出。

20、綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

21、當(dāng)?shù)谝汇Q位機構(gòu)與定平臺內(nèi)壁鉗位，第二鉗位機構(gòu)脫落定平臺時，第一驅(qū)動機構(gòu)能夠推動分隔框、y向運動平臺和第二鉗位機構(gòu)向右移動一步；當(dāng)?shù)谝汇Q位機構(gòu)與定平臺脫離且第二鉗位機構(gòu)與定平臺內(nèi)壁鉗位時，第一驅(qū)動機構(gòu)能夠拉動第一鉗位機構(gòu)向右移動一步，實現(xiàn)x向移動；

22、當(dāng)下第三鉗位機構(gòu)與安裝槽內(nèi)壁鉗位，上第三鉗位機構(gòu)與安裝槽內(nèi)壁脫離時，第二驅(qū)動機構(gòu)和上第三鉗位機構(gòu)向下移動一步；當(dāng)下第三鉗位機構(gòu)與安裝槽內(nèi)壁脫離，上第三鉗位機構(gòu)與安裝槽內(nèi)壁鉗位時，第二驅(qū)動機構(gòu)和下第三鉗位機構(gòu)向下移動一步，實現(xiàn)y向移動；

23、通過設(shè)置x向運動平臺和y向運動平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)x、y自由度的活動，并且將x向運動平臺和y向運動平臺設(shè)置在同一平面內(nèi)，還能夠?qū)崿F(xiàn)單層二自動度的活動，大大減小了整體的體積，從而能夠滿足高精度、小體積、輕重量的要求，能夠適用于更多小體積、高精度、多自由度設(shè)備的使用需求，并且還具有結(jié)構(gòu)簡單，易生產(chǎn)制造，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，包括定平臺(1)，所述定平臺(1)內(nèi)部設(shè)有x向運動平臺和y向運動平臺，所述x向運動平臺和y向運動平臺位于同一平面內(nèi)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第一鉗位機構(gòu)(4)數(shù)量為兩個，兩個所述第一鉗位機構(gòu)(4)通過第一連接塊(22)連接，所述第一連接塊(22)與分隔框(21)通過第一驅(qū)動機構(gòu)(3)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第一驅(qū)動機構(gòu)(3)包括第一壓電疊堆(31)，所述第一壓電疊堆(31)兩側(cè)設(shè)有柔性折疊梁(32)，所述第一壓電疊堆(31)和柔性折疊梁(32)的兩端分別與第一連接塊(22)和分隔框(21)連接，所述第一壓電疊堆(31)伸縮，能夠帶動第一鉗位機構(gòu)(4)沿x向活動。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第一鉗位機構(gòu)(4)包括第二壓電疊堆(41)和鉗位塊(44)，所述第二壓電疊堆(41)兩端固定有第一剛性塊(42)，所述第一剛性塊(42)與第一連接塊(22)通過第一柔性板(43)柔性連接，所述第一剛性塊(42)與鉗位塊(44)通過第二柔性板(45)柔性連接，所述第二壓電疊堆(41)伸縮，能夠帶動鉗位塊(44)活動脫離或抵接定平臺(1)內(nèi)壁。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第二鉗位機構(gòu)(5)數(shù)量為兩個，兩個所述第二鉗位機構(gòu)(5)通過第二連接塊(24)連接，所述第二鉗位機構(gòu)(5)包括第三壓電疊堆(51)和第三連接塊(53)，所述第三壓電疊堆(51)兩端固定有第二剛性塊(52)，所述第三連接塊(53)兩端與兩個第二剛性塊(52)通過第三柔性板(54)連接，所述第二剛性塊(52)遠離第三連接塊(53)的一側(cè)與分隔框(21)通過第三柔性板(54)連接，所述第三壓電疊堆(51)伸縮，位于外側(cè)的所述第二剛性塊(52)能夠抵接或脫離定平臺(1)內(nèi)壁。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第二驅(qū)動機構(gòu)(6)與分隔框(21)內(nèi)壁存在間隙，所述第二驅(qū)動機構(gòu)(6)包括放大機構(gòu)和位于放大機構(gòu)內(nèi)部的第四壓電疊堆(61)，所述放大機構(gòu)兩側(cè)分別與兩個第三鉗位機構(gòu)(7)連接，所述第四壓電疊堆(61)伸縮能夠帶動放大機構(gòu)活動，以使第三鉗位機構(gòu)(7)沿y向活動。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述放大機構(gòu)包括固定于第四壓電疊堆(61)兩端的第三剛性塊(62)和位于第四壓電疊堆(61)兩側(cè)的放大單元，所述放大單元兩端分別與兩個第三剛性塊(62)柔性連接，兩個所述放大單元分別與兩個第三鉗位機構(gòu)(7)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述放大機構(gòu)為橢圓放大機構(gòu)，所述放大單元包括第四連接塊(66)和位于第四連接塊(66)兩側(cè)的第四剛性塊(64)，所述第四連接塊(66)與兩側(cè)的第四剛性塊(64)通過第五柔性板(65)柔性連接，位于同一所述放大單元的兩個所述第四剛性塊(64)分別與兩個第三剛性塊(62)通過第四柔性板(63)柔性連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，所述第三鉗位機構(gòu)(7)包括第五壓電疊堆(71)和位于第五壓電疊堆(71)兩側(cè)的第五連接塊(73)，所述第五壓電疊堆(71)兩端分別固定有第五剛性塊(72)，所述第五連接塊(73)兩端與第五壓電疊堆(71)兩端的第五剛性塊(72)通過第六柔性板(74)柔性連接，一側(cè)所述第五連接塊(73)與第四連接塊(66)連接，所述第五壓電疊堆(71)伸縮，所述第五剛性塊(72)能夠活動抵接或脫離安裝槽(23)內(nèi)壁。

10.一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器的驅(qū)動方法，采用如權(quán)利要求1-9任意一項所述的一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種單層二自由度尺蠖驅(qū)動器及驅(qū)動方法，包括定平臺，定平臺內(nèi)部設(shè)有X向運動平臺和Y向運動平臺，X向運動平臺和Y向運動平臺位于同一平面內(nèi)；X向運動平臺包括框架，框架包括分隔框，分隔框兩側(cè)分別設(shè)有第一鉗位機構(gòu)和第二鉗位機構(gòu)，第一鉗位機構(gòu)和第二鉗位機構(gòu)分別能夠與定平臺鉗位，第一鉗位機構(gòu)與分隔框通過第一驅(qū)動機構(gòu)連接，分隔框內(nèi)設(shè)有安裝槽，Y向運動平臺位于安裝槽內(nèi)；Y向運動平臺包括第二驅(qū)動機構(gòu)，第二驅(qū)動機構(gòu)兩側(cè)連接有第三鉗位機構(gòu)，第三鉗位機構(gòu)能夠與安裝槽內(nèi)壁鉗位。本發(fā)明通過將位于同一平面的X向運動平臺和Y向運動平臺安裝于定平臺內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)單層二自由度的功能，體積小、重量輕、成本低、便于裝配。

技術(shù)研發(fā)人員：惠相君,柯良,董漢莛
受保護的技術(shù)使用者：浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8