1、微/納定位技術(shù)是微/納米制造、微觀成像、納米壓印、硬盤高密度數(shù)據(jù)存儲及光刻等諸多行業(yè)的核心共性技術(shù)，但隨著相關(guān)精密工程及技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對微納定位系統(tǒng)的性能及結(jié)構(gòu)尺寸等提出了苛刻要求。特別是在內(nèi)窺鏡光學(xué)相干斷層掃描、高密度光存儲等新興應(yīng)用場合，微定位平臺的緊湊結(jié)構(gòu)、多自由度運動與高響應(yīng)速度的設(shè)計成為關(guān)鍵。傳統(tǒng)壓電疊堆驅(qū)動器，因其尺寸的限制很難滿足相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用需求;而壓電薄膜驅(qū)動器作為驅(qū)動元件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、能量密度高、可靠性高、分

2、辨率高和頻響高的優(yōu)點，在相關(guān)領(lǐng)域的研究中得到了越來越廣泛的研究與重視。本文結(jié)合柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)與壓電薄膜驅(qū)動器，設(shè)計了一種新型三維壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺，其通過彈性變形實現(xiàn)多維運動定位，具有結(jié)構(gòu)緊湊、無摩擦、無沖擊等優(yōu)點。文中針對壓電薄膜驅(qū)動器和壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺進行了設(shè)計、建模和仿真研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　基于壓電材料特殊的機電耦合特性，研究了壓電薄膜驅(qū)動器的驅(qū)動機理，并完善了壓電薄膜驅(qū)動器的理論分析模型。根據(jù)力平衡條件下

3、的歐拉-伯努利梁理論和壓電本構(gòu)方程建立壓電薄膜梁驅(qū)動模型。在此基礎(chǔ)上，考慮到壓電薄膜位置和長度以及負(fù)載形式和作用位置的不同，推導(dǎo)出一般情況下的壓電薄膜驅(qū)動器的輸出模型。此外，結(jié)合梁自由振動模型，得到了壓電薄膜驅(qū)動器的動態(tài)響應(yīng)。
　　本文引入柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種新型三維壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺，并且提出了一種壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺整體輸出位移的理論建模方法。根據(jù)彈性梁的柔度矩陣方法，推導(dǎo)得到微定位平臺的整體柔度模型;然后，綜合壓電薄

4、膜梁模型和平臺柔度模型得到平臺的整體輸出模型。同時，將多維壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺系統(tǒng)等效為多自由度彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)，然后根據(jù)完整系統(tǒng)的拉格朗日第二類方程，建立了壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺的動力學(xué)模型。
　　為了驗證上述壓電薄膜驅(qū)動器和微定位平臺的理論分析模型，本文通過有限元方法分析了壓電薄膜驅(qū)動器和壓電薄膜梁驅(qū)動微定位平臺特性，并且將有限元仿真仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果進行了對比。對比結(jié)果表明了所提出的壓電薄膜驅(qū)動器和壓電薄膜驅(qū)動微定位平臺