本發(fā)明涉及精密驅(qū)動領(lǐng)域，特別涉及一種基于粘滑慣性的壓電精密直線驅(qū)動平臺。應(yīng)用于精密與超精密加工、微機電系統(tǒng)、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造、精密光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，精密與超精密加工、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、微納顯微操作機器人等科學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω呔闰?qū)動裝置的要求不斷提高。傳統(tǒng)的電機、液壓傳動、蝸輪蝸桿等驅(qū)動方式已逐漸滿足不了現(xiàn)代科技中眾多領(lǐng)域?qū)ξ?納米級運動精度和裝置體積微小型化的要求。為了滿足眾多領(lǐng)域?qū)Ω呔闰?qū)動裝置的需求，科研人員已提出了若干種具有可行性的驅(qū)動方式，如形狀記憶合金驅(qū)動、電/磁致伸縮驅(qū)動、靜電驅(qū)動、相變驅(qū)動、壓電驅(qū)動等。其中，壓電驅(qū)動方式由于其體積小、重量輕、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定、輸出力大、不受磁場影響等特點得到了廣泛應(yīng)用。直動式壓電驅(qū)動由于運動行程小的缺點而影響到其在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用，而一般的尺蠖式、粘滑式壓電驅(qū)動又存在定子與動子間磨損而影響壽命的缺點，為了克服上述問題，設(shè)計一種具有大行程、小體積、高精度、壽命長的基于粘滑慣性的壓電精密直線驅(qū)動平臺是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于粘滑慣性的壓電精密直線驅(qū)動平臺，解決了現(xiàn)有壓電精密驅(qū)動平臺運動行程小、壽命短的問題。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度可控、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點。本發(fā)明通過向壓電疊堆通入鋸齒波，并通過調(diào)節(jié)鋸齒波的頻率改變進給速度、調(diào)節(jié)鋸齒波的方向改變進給方向。與此同時，帶有可替換的可更換驅(qū)動觸頭來解決因定子與動子間的磨損而造成的使用壽命較短問題。本發(fā)明包含驅(qū)動單元、運動單元與預(yù)緊單元，基于粘滑慣性原理，通過向壓電疊堆輸入頻率、方向可調(diào)的鋸齒波實現(xiàn)滑塊可控的步進式連續(xù)進給。通過對壓電疊堆采用不同的控制方式，可以實現(xiàn)快速進給定位和精密進給定位相結(jié)合的定位運動，達到同時保證運動迅速以及高定位精度的要求。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

基于粘滑慣性的壓電精密直線驅(qū)動平臺，包括驅(qū)動單元、運動單元和預(yù)緊單元，其中，所述驅(qū)動單元由壓電疊堆a4、壓電疊堆b13，柔性鉸鏈總體2以及可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換觸頭b9組成，為運動單元提供動力來源；所述運動單元由導(dǎo)軌6及滑塊7組成，提供驅(qū)動平臺的位移輸出；所述預(yù)緊單元由預(yù)緊螺栓a3、預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓15組成，調(diào)節(jié)驅(qū)動單元與運動單元之間的預(yù)緊力。

所述的驅(qū)動單元中，壓電疊堆a4、壓電疊堆b13安裝在柔性鉸鏈總體2內(nèi)，所述柔性鉸鏈總體2呈對稱式結(jié)構(gòu)，通過連接螺栓a1、連接螺栓b5、連接螺栓c11、連接螺栓d14與底板10緊固連接，并與可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9通過螺紋連接，可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9帶動運動單元產(chǎn)生直線方向位移。

所述的運動單元中，導(dǎo)軌6通過連接螺栓e16、連接螺栓f17與底板10緊固連接，導(dǎo)軌6、滑塊7之間為滾珠接觸。

所述的預(yù)緊單元中，預(yù)緊螺栓a3、預(yù)緊螺栓b12分別調(diào)節(jié)可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換觸頭b9與滑塊7之間的預(yù)緊力；預(yù)緊螺栓c15調(diào)節(jié)柔性鉸鏈總體2與滑塊7之間的預(yù)緊程度。

所述的柔性鉸鏈總體2為對稱式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)皆加工成特定形狀，可將壓電疊堆a4、壓電疊堆b13輸出位移放大，并傳遞至可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9，同時輸出驅(qū)動方向位移與預(yù)緊方向位移，兩側(cè)結(jié)構(gòu)共同驅(qū)動滑塊7實現(xiàn)進給運動；壓電疊堆伸長時，可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9的位移方向可分解為沿導(dǎo)軌6的方向以及垂直于導(dǎo)軌6的方向，達到在壓緊滑塊產(chǎn)生較大預(yù)緊力的同時進行位移輸出的目的。

本發(fā)明的有益效果在于：結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，成本低，速度可調(diào)，運動行程大，定位精度高，可靠性強，適宜于應(yīng)用在對空間尺寸要求嚴(yán)格、對運動行程及定位精度都有一定要求的運動控制場合。運動穩(wěn)定可靠、采用兩種控制方法可同時實現(xiàn)較快的運動速度及較高的定位精度。主要應(yīng)用于精密與超精密加工、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、微納顯微操作機器人等科學(xué)領(lǐng)域。減小結(jié)構(gòu)尺寸，提供速度快、精度高的驅(qū)動方式，滿足對空間尺寸、運動行程及定位精度有嚴(yán)格要求的運動控制場合。具有運動速度可調(diào)、承載能力可調(diào)、運動行程大等優(yōu)點，其在精密與超精密加工、生物醫(yī)學(xué)工程、航空航天、微納顯微操作機器人等眾多科學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的導(dǎo)軌安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明的可更換驅(qū)動觸頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、連接螺栓a；2、柔性鉸鏈總體；3、預(yù)緊螺栓a；4、壓電疊堆a；5、連接螺栓b；6、導(dǎo)軌；7、滑塊；8、可更換驅(qū)動觸頭a；9、可更換驅(qū)動觸頭b；10、底板；11、連接螺栓c；12、預(yù)緊螺栓b；13、壓電疊堆b；14、連接螺栓d；15、預(yù)緊螺栓c;16、連接螺栓e；17、連接螺栓f。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實施方式。

參見圖1至圖4所示，本發(fā)明的基于粘滑慣性的壓電精密直線驅(qū)動平臺，能夠通過快速進給方式或精密進給方式輸出位移：運動初期因動子滑塊離目標(biāo)位置較遠而采用快速進給方式，即對壓電疊堆施加鋸齒波，實現(xiàn)快速位移；運動后期因動子滑塊離目標(biāo)位置較近而采用精密進給方式，即對壓電疊堆施加連續(xù)電壓，并可結(jié)合位移傳感器進行閉環(huán)反饋實現(xiàn)精密微進給運動。包括驅(qū)動單元、運動單元和預(yù)緊單元，其中，所述驅(qū)動單元由壓電疊堆a4、壓電疊堆b13、柔性鉸鏈總體2以及可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9組成，為運動單元提供動力來源；所述運動單元由導(dǎo)軌6及滑塊7組成，提供驅(qū)動平臺的位移輸出；所述預(yù)緊單元由預(yù)緊螺栓a3、預(yù)緊螺栓b12、預(yù)緊螺栓c15組成，調(diào)節(jié)驅(qū)動單元與運動單元之間的預(yù)緊力。

所述的驅(qū)動單元中，壓電疊堆a4、壓電疊堆b13安裝在柔性鉸鏈總體2內(nèi)，所述柔性鉸鏈總體2呈對稱式結(jié)構(gòu)，通過連接螺栓a1、連接螺栓b5、連接螺栓c11、連接螺栓d14與底板10緊固連接，并與可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9通過螺紋連接，基于粘滑慣性原理，可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9帶動運動單元產(chǎn)生直線方向位移。

所述的運動單元中，導(dǎo)軌6通過連接螺栓e16、連接螺栓f17與底板10緊固連接，導(dǎo)軌6、滑塊7之間裝有滾珠，以降低摩擦力對驅(qū)動平臺輸出性能的影響。

所述的預(yù)緊單元中，預(yù)緊螺栓a3、預(yù)緊螺栓b12分別調(diào)節(jié)可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9與滑塊7之間的預(yù)緊力；預(yù)緊螺栓c15調(diào)節(jié)柔性鉸鏈總體2與滑塊7之間的預(yù)緊程度。

所述的柔性鉸鏈總體2為對稱式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)結(jié)構(gòu)皆加工成特定形狀，可將壓電疊堆a4、壓電疊堆b13輸出位移放大，并傳遞至可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9，同時輸出驅(qū)動方向位移與預(yù)緊方向位移，兩側(cè)結(jié)構(gòu)共同驅(qū)動滑塊7實現(xiàn)進給運動；壓電疊堆伸長時，可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9的位移方向可分解為沿導(dǎo)軌6的方向以及垂直于導(dǎo)軌6的方向，達到在壓緊滑塊產(chǎn)生較大預(yù)緊力的同時進行位移輸出的目的，更加有利于粘滑慣性運動的實現(xiàn)。

參見圖1至圖4所示，本發(fā)明的具體工作過程如下：本發(fā)明的壓電精密直線驅(qū)動平臺運動的實現(xiàn)：向壓電疊堆a4通入正向鋸齒波，壓電疊堆b13通入反向鋸齒波，此時可更換驅(qū)動觸頭a8、可更換驅(qū)動觸頭b9動作一致，基于粘滑慣性原理驅(qū)動滑塊7產(chǎn)生直線單一方向位移。通過改變通入的鋸齒波方向即可改變滑塊7的運動方向，其運動速度可通過改變鋸齒波的頻率進行調(diào)節(jié)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。