基于压电陶瓷的宏微双驱动精密回转系统的研究

摘要

现代科学技术快速发展，微电子技术，超精密加工技术，现代生物技术等微观领域的研究逐步深入，精度级别达到了纳米级。随着研究的深入，产生了宏微双驱动的概念。宏微双驱动可以在达到纳米级别的高定位精度的情况下实现大范围的宏动运动，这满足了一些对行程有一定要求的应用场合，使得微动技术的应用更加广泛。
　　宏微双驱动系统由宏动定位系统与微动定位系统组成。其中，宏动定位系统以空间绝对坐标为参照物，功能是在较大的行程上完成整个系统初步的粗定位，大大提高了系统的运动速度与系统的行程。微动定位系统一般安装在宏动定位系统上，对宏动运动的定位误差进行补偿，提高整个系统的定位精度与响应速度。这样整个系统就能在较大的运动范围中实现超高精度的定位。
　　在分析了目前对宏微双驱动技术研究的基础上，设计了一种宏微双驱动精密回转机构。本文的主要内容如下:
　　(1)分析了微定位机构系统的组成，比较了微动平台系统各种驱动方法、支撑导向机构和检测方法，设计了一种宏微双驱动精密回转运动机构，以压电陶瓷致动器作为微动驱动器，柔性铰链组成的柔性机构实现回转运动。
　　(2)对压电陶瓷致动器的工作原理进行了分析，研究了压电陶瓷本身具有的迟滞，蠕变等特性。对压电陶瓷致动器的特性进行了实验。
　　(3)分析了柔性铰链的特性以及柔性机构运动功能的实现，对柔性机构的数学模型建立与利用有限元法的计算进行了研究。
　　(4)设计了三种微动回转机构，分别分析三种结构的特点并进行了比较，最后确立了将Z轴位移转化为平面回转运动的空间柔性机构。
　　(5)设计了回转运动宏动台的结构，选择了驱动电机与检测装置，给出了一种宏微双驱动回转工作台结构。