林 超 沈忠磊 李坪洋 郑 山

重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆，400044

0 引言

压电驱动器由于具有分辨率高、响应速度快及输出力大等优点，被频繁地用于光学系统[1]、精密加工[2]、微/纳定位[3]以及能量回收系统[4]等现代精密工程领域。通常这些工程领域不仅需要较高的运动精度和响应速度，往往还需要较大的工作行程[5]。然而，压电陶瓷的主要缺点是输出位移较小，一般只有几十微米，而实际工程中往往需要上百微米甚至毫米级的工作行程[6-7]。为了满足工程应用需求，以柔性铰链为基础的杠杆式、菱形式、桥式等各类柔性位移放大机构[8-11]被广泛开发，用于压电陶瓷的输出位移放大。

随着以压电驱动柔性铰链为基础的柔性机构应用范围越来越广泛，许多精密工程领域对柔性机构垂直向(z轴)的运动性能要求也越来越高。例如，在光刻系统中，垂直运动的压电柔性平台被设计用于提高光刻机的加工精度[12]；在X射线显微镜中，垂直运动的压电柔性平台被用于实现X射线的聚焦[13]；此外，在白光干涉的三维表面形貌测量系统中，对扫描压电定位系统的垂直向工作行程、分辨率等性能提出了较高要求[14]。为了实现垂直方向的运动要求，通常是将水平型位移放大机构进行竖直布置[6，15]，这种解决方案需要在结构的紧凑性与工作行程二者之间作出牺牲，而在许多精密装备中留给定位系统的布置空间十分有限同时对工作行程有较大要求。因此，面对精密工程领域的迫切需求，亟需开发一种位移放大比大(大的运动范围)、固有频率尽可能高、结构紧凑的垂直型位移放大机构。……