一种压电驱动的角位移微动平台设计与优化

姚敬松 薛增喜 麦仁标

摘要：为满足高精度微纳定位需求，设计了一种基于压电驱动的三自由度角位移微动平台，并测试与优化了其性能。

关键词：压电驱动;角位移;微动;三自由度

0 引言

随着微纳米技术的发展，近几十年来，国内外越来越多的研究机构、学者开始重视微纳定位技术的研究，其中微角度位移平台主要在遥感卫星、精密加工、生物、化学、医学等领域得到了广泛运用。要想实现精密运动，驱动机构是关键。压电陶瓷驱动器具有响应速度快、分辨率高、体积小、不发热以及无摩擦等优点，是一种理想驱动[1-6]。本文采用压电陶瓷作为驱动完成一种角位移微动平台的设计与制造。

1 平台设计

为满足多自由度高精度运动的需求，设计与制造了一种角位移微动平台，以压电陶瓷为驱动件，以柔性结构为连接和导向机构，使平台能够发生微小的平动和转动。该平台分为三部分——驱动部分、从动部分以及支撑部分。驱动部分包括3根压电陶瓷促动器和相应的传感器，从动部分包括3个柔性结构以及压电平台的上盘。设计的微动平台三维模型如图1（a）所示，柔性结构如图1（b）所示，可提供3个自由度，分别为绕其自身x轴转动的自由度，绕其自身y轴转動的自由度以及沿z轴平移的自由度。通过3根压电陶瓷促动器以及3个柔性结构的对称组合，压电平台的上盘可以绕xOy平面内任意直线进行俯仰。

转动副柔性铰链主要分为直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链，直梁型柔性铰链具有转动刚度小但定位精度较低的特点;圆弧型柔性铰链定位精度高，同时刚度也较大。……