以不受行程的限制，进给速度较快，但轴向刚度和输出推力较小是其不足之处。惯性式驱动器结构简单，可高频工作以上，适于高分辨率大行程力小的场合。本文主要介绍惯性式压电型驱动器。图日本等研制的纯惯性式驱动器原理图及驱动电压惯性式精密驱动器由压电叠堆或单双压电片致动。按作用机理的不同，此类驱动器还可细分为纯惯性冲击式和惯性摩擦式驱动器。图为日本等研制的纯惯性式驱动器原理图。图为相应的驱动用锯齿波电压。工作时压电体急速伸长使移动体移动小步压电体缓慢缩短，此时移动体在静摩擦力作用下保持不动压电体停止缩短的瞬间，惯性体的动量转为冲量使移动体再移步。如此循环，形成位移驱动。其工作性能速度定位精度，出力。该原理的驱动器已成功用于精密自动装配生产中。图为瑞士精度高速度大行程多自由度的方向发展，同时也带来了些难以避免的问题，如多自由度的精密工作台必然存在不同自由度上的位移耦合问题，高精和高速以及高精度和大行程是两对相互制约的矛盾，难以同时得到满足。，该工作台定位精度优于定位分辨率，最大定位时间。上述分析表明，国内外专家和学者积极开展对柔性铰链精密工作台的深入研究，不断研制出各种结构的精密工件台，使工作台往高。如图所示方向均以柔性铰链为弹性导轨的柔性双平行四杆机构实现运动导向，向采用以柔性八杆对称联动机构实现运动导向，利用堆叠式压电陶瓷作为微位移驱动器，分别实现向微位移，其最大行程为，最大行程为，定位精度为。图清华大学设计的精密工作台图李庆祥设计的二维工作台图王建林设计的三维体精密工作台天津大学王建林等人采用整体式结构设计了三维纳米精密工件台运动的单平行四连杆机构，如图所示，在工作台的两处分别安装个压电微位移驱动器，当在压电式驱动器上施加电压时产生位移输出，由于四连杆受力而变形，获得两个方向的微位移。其技术指标为尺寸范围为的测量分辨率和的定位精度。在此基础上，李庆祥教授等人在二十世纪八十年代就开发了基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的二自由度精密工件台，可以在单层上实现两个方向的微动。它可以简化成两个分别进行向早就开始了这方面的研究工作。清华大学在单平行四杆机构的基础上开发了种用于精密测量的维精密工件台。如图所示，它具有直接传动无摩擦结构紧凑重量轻刚度大和分辨率高等优点。该工作台可以达到陶瓷驱动，采用柔性铰链为弹性支承的柔性平行四连杆结构为运动导向，工作行程为，开环谐振频率为，闭环的定位精度达到了，且具有很好的线性度。图设计的二维并联微动平台国内也很所示。该工作台的设计尺寸为，分辨力为。图设计的精密工作台年，伊利诺依大学香槟分校的等人研制了并联微动平台。如图所示。该微动工作台用压电数为，行程范围为，微位移分辨力为。年，日本学者利用杠杆的放大和缩小原理设计了种精密工作台并将其应用在扫描隧道显微镜中，其工作原理如图于光学和电子显微镜。它采用杠杆原理与柔性铰链相结合的整体式结构，利用叠层式压电陶瓷作为驱动元件，具有结构紧凑无间隙无摩擦无需润滑无轴承噪音等优点，在低频下运行没有内热产生。该精密工件台的设计参密工作台的控制技术。年，美国国家标准局的和首先采用以柔性铰链为导向机构，以压电陶瓷微位移器为驱动元件的原理成功研制了维精密工件台，并应用向机构的基本单元及弹性支承组成微位移机构，以压电陶瓷驱动器为驱动机构，以柔性铰链变形带动整个运动机构产生运动实现精密定位。主要的研究工作在于柔性铰链平台设计优化压电陶瓷驱动器迟滞非线性建模技术以及精电致伸缩微位移器驱动滑动导轨，机械式驱动气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动。基于压电陶瓷和柔性铰链的优点，越来越多的专家和学者对压电陶瓷驱动的柔性铰链精密工作台进行了研究，其基本原理是以柔性铰链为导制系统三部分。微位移机构或称微动工作台由微位移器和导轨组成。按形式可分为以下五类平行弹性导轨，机械式，电磁压电或电致伸缩微位移器驱动柔性支承，压电或电致伸缩微位移器驱动滚动导轨，压电或进国家同行业的差距，促进我国精密仪器仪表精密超精密加工水平的提高，有利于推动我国大规模集成电路制造技术的发展，促进我国纳米技术方面的研究。微位移驱动器的研究现状微位移系统包括微位移机构，检测系统，控要的作用，它们的核心也就是超精密的微位移系统。而我国在这方面的研究还比较落后，精密超精密加工水平，大规模集成电路的生产水平远远落后于美日等发达国家。因此，开展精密微位移系统的研究有利于缩小我们与先进要的作用，它们的核心也就是超精密的微位移系统。而我国在这方面的研究还比较落后，精密超精密加工水平，大规模集成电路的生产水平远远落后于美日等发达国家。因此，开展精密微位移系统的研究有利于缩小我们与先进国家同行业的差距，促进我国精密仪器仪表精密超精密加工水平的提高，有利于推动我国大规模集成电路制造技术的发展，促进我国纳米技术方面的研究。微位移驱动器的研究现状微位移系统包括微位移机构，检测系统，控制系统三部分。微位移机构或称微动工作台由微位移器和导轨组成。按形式可分为以下五类平行弹性导轨，机械式，电磁压电或电致伸缩微位移器驱动柔性支承，压电或电致伸缩微位移器驱动滚动导轨，压电或电致伸缩微位移器驱动滑动导轨，机械式驱动气浮导轨，伺服电机或直线电机驱动。基于压电陶瓷和柔性铰链的优点，越来越多的专家和学者对压电陶瓷驱动的柔性铰链精密工作台进行了研究，其基本原理是以柔性铰链为导向机构的基本单元及弹性支承组成微位移机构，以压电陶瓷驱动器为驱动机构，以柔性铰链变形带动整个运动机构产生运动实现精密定位。主要的研究工作在于柔性铰链平台设计优化压电陶瓷驱动器迟滞非线性建模技术以及精密工作台的控制技术。年，美国国家标准局的和首先采用以柔性铰链为导向机构，以压电陶瓷微位移器为驱动元件的原理成功研制了维精密工件台，并应用于光学和电子显微镜。它采用杠杆原理与柔性铰链相结合的整体式结构，利用叠层式压电陶瓷作为驱动元件，具有结构紧凑无间隙无摩擦无需润滑无轴承噪音等优点，在低频下运行没有内热产生。该精密工件台的设计参数为，行程范围为，微位移分辨力为。年，日本学者利用杠杆的放大和缩小原理设计了种精密工作台并将其应用在扫描隧道显微镜中，其工作原理如图所示。该工作台的设计尺寸为，分辨力为。图设计的精密工作台年，伊利诺依大学香槟分校的等人研制了并联微动平台。如图所示。该微动工作台用压电陶瓷驱动，采用柔性铰链为弹性支承的柔性平行四连杆结构为运动导向，工作行程为，开环谐振频率为，闭环的定位精度达到了，且具有很好的线性度。图设计的二维并联微动平台国内也很早就开始了这方面的研究工作。清华大学在单平行四杆机构的基础上开发了种用于精密测量的维精密工件台。如图所示，它具有直接传动无摩擦结构紧凑重量轻刚度大和分辨率高等优点。该工作台可以达到的测量分辨率和的定位精度。在此基础上，李庆祥教授等人在二十世纪八十年代就开发了基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的二自由度精密工件台，可以在单层上实现两个方向的微动。它可以简化成两个分别进行向运动的单平行四连杆机构，如图所示，在工作台的两处分别安装个压电微位移驱动器，当在压电式驱动器上施加电压时产生位移输出，由于四连杆受力而变形，获得两个方向的微位移。其技术指标为尺寸范围为，最大行程为，定位精度为。图清华大学设计的精密工作台图李庆祥设计的二维工作台图王建林设计的三维体精密工作台天津大学王建林等人采用整体式结构设计了三维纳米精密工件台。如图所示方向均以柔性铰链为弹性导轨的柔性双平行四杆机构实现运动导向，向采用以柔性八杆对称联动机构实现运动导向，利用堆叠式压电陶瓷作为微位移驱动器，分别实现向微位移，其最大行程为，该工作台定位精度优于定位分辨率，最大定位时间。上述分析表明，国内外专家和学者积极开展对柔性铰链精密工作台的深入研究，不断研制出各种结构的精密工件台，使工作台往高精度高速度大行程多自由度的方向发展，同时也带来了些难以避免的问题，如多自由度的精密工作台必然存在不同自由度上的位移耦合问题，高精和高速以及高精度和大行程是两对相互制约的矛盾，难以同时得到满足。因此，如何减小各自由度之间的耦合以及解决高速和高精以及高精度和大行程之间的矛盾是我们值得研究的重点和方向。惯性式步进驱动器的研究状况为使中的定位机构能够在超高真空环境下实现大量程，快速地移动样品，本课题采用由压电陶瓷驱动器驱动的惯性式步进器。压电型驱动器按技术特点分为直动式步进式惯性式。直动式驱动器的精密定位容易实现，闭环控制也容易现，但行程过小，限制了其应用步进式和冲击式驱动器理论上可以不受行程的限制，进给速度较快，但轴向刚度和输出推力较小是其不足之处。惯性式驱动器结构简单，可高频工作以上，适于高分辨率大行程力小的场合。本文主要介绍惯性式压电型驱动器。图日本等研制的纯惯性式驱动器原理图及驱动电压惯性式精密驱动器由压电叠堆或单双压电片致动。按作用机理的不同，此类驱动器还可细分为纯惯性冲击式和惯性摩擦式驱动器。图为日本等研制的纯惯性式驱动器原理图。图为相应的驱动用锯齿波电压。工作时压电体急速伸长使移动体移动小步压电体缓慢缩短，此时移动体在静摩擦力作用下保持不动压电体停止缩短的瞬间，惯性体的动量转为冲量使移动体再移步。如此循环，形成位移驱动。其工作性能速度定位精度，出力。该原理的驱动器已成功用于精密自动装配生产中。图为瑞士等开发的基于惯性摩擦式原理，其名为的单自由度旋驱动器。图单自由度旋转驱动移，而感应电荷正比于内部电荷。因此，感应电荷同样能用于评估分析压电元件的位移。图图显示的是检测电极的排列。在图中，不像图那样，检测电极是有间隔的附于压电元件上。在图中，用绝缘材料以及间隔，将检测电极与压电元件分隔，也能产生感应电荷。因此，检测电极不需要接触到压电