本發(fā)明涉及精密驅(qū)動技術(shù)和壓電電機，尤其涉及一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺及操控方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生物醫(yī)學(xué)、ic蝕刻、運動工作臺等高精密領(lǐng)域的發(fā)展，實際生產(chǎn)活動中對結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動精密的微型電機的需求不斷提高。傳統(tǒng)的電磁電機的性能會隨著體積的縮小而不斷降低，已無法滿足這些要求。隨著壓電材料的不斷發(fā)展，壓電電機作為一種新型電機已獲得廣泛的關(guān)注。

2、壓電電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)彈性體的微幅振動，并通過摩擦作用將振動能轉(zhuǎn)換為動子的直線移動或轉(zhuǎn)動。與傳統(tǒng)的電磁電機相比，壓電電機具有響應(yīng)快、直接驅(qū)動、斷電自鎖、無電磁干擾、能夠在真空環(huán)境工作等優(yōu)點。根據(jù)運動輸出方式的不同，壓電電機可分為：旋轉(zhuǎn)型、直線型，目前旋轉(zhuǎn)型壓電電機已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，直線型壓電電機的發(fā)展稍落后于旋轉(zhuǎn)型壓電電機。然而，直線型電機結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計靈活，無需轉(zhuǎn)換機構(gòu)可直接輸出直線運動，可以滿足狹窄場合的驅(qū)動需求。2022年，范平清提出一種緊湊微型縱彎耦合直線壓電電機，其定子是五邊形彈性桿結(jié)構(gòu)，整體呈左右對稱，中間鏤空設(shè)計，壓電陶瓷片貼在垂直對稱軸的金屬桿的表面，壓電陶瓷片使金屬桿發(fā)生局部形變從而使得五邊形彈性結(jié)構(gòu)的角點連鎖發(fā)生振動，再與動子桿摩擦接觸，實現(xiàn)動子的直線運動。

3、但是該方案也存在一定的不足，單一金屬桿的形變量較小，定子驅(qū)動足輸出的推力較小，限制了其在一些大負載場合的應(yīng)用。本發(fā)明采用三矩形板并接結(jié)構(gòu)，則可有效解決輸出推力小的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺及操控方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，包括支座組件、定子組件、預(yù)緊力調(diào)節(jié)組件和移動臺組件；

3、支座組件包括底座；定子組件由三塊金屬矩形板、壓電陶瓷片組成，金屬矩形板沿厚度方向重疊，且三塊金屬矩形板采用鏤空設(shè)計，金屬矩形板一側(cè)設(shè)置有三角形驅(qū)動足，金屬矩形板另一側(cè)粘貼布置三對壓電陶瓷片；

4、移動臺組件由滑塊、導(dǎo)軌、摩擦板螺釘、直角托架、摩擦板、移動板、托架螺釘；滑塊和導(dǎo)軌構(gòu)成移動副，直角托架安裝在導(dǎo)軌兩端，摩擦板用摩擦板螺釘安裝在導(dǎo)軌上，摩擦板與三角形驅(qū)動足的頂端接觸；移動板用托架螺釘固定在直角托架上；

5、預(yù)緊力調(diào)節(jié)組件由連接支架、預(yù)緊螺栓、螺母、螺栓支架、彈簧、墊片、固定螺釘、支架螺釘、預(yù)緊滑塊、移動導(dǎo)軌、連接螺釘組成；滑塊通過連接螺釘固定在連接支架的左側(cè)立面；

6、螺栓支架呈“幾”形，螺栓支架通過支架螺釘固定在底座上，移動導(dǎo)軌通過固定螺釘固定在底座上，預(yù)緊滑塊與移動導(dǎo)軌構(gòu)成移動副，預(yù)緊滑塊與連接支架固定連接，連接支架右側(cè)設(shè)有長方孔，預(yù)緊螺栓穿過螺栓支架與連接支架右側(cè)的長方孔通過螺母配合固定，預(yù)緊螺栓的頂端與連接支架的左端面表面接觸，并且在預(yù)緊螺栓與螺栓支架之間加入彈簧和墊片，通過控制彈簧松緊程度調(diào)節(jié)定子組件與移動臺組件中摩擦板之間預(yù)緊力。

7、優(yōu)選的，在金屬矩形板中心處設(shè)置有大圓形安裝通孔，金屬矩形板兩側(cè)分別設(shè)置有九個小直徑圓通孔。

8、優(yōu)選的，支座組件還包括凸臺和支座螺栓，底座與凸臺一體成型，金屬矩形板通過支座螺栓固定在凸臺上，支座螺栓穿過金屬矩形板上的大圓形安裝通孔與凸臺上的螺紋孔螺紋連接。

9、優(yōu)選的，金屬矩形板與凸臺的中間壓入方形橡膠墊片，支座螺栓的頭部與金屬矩形板之間壓入圓形橡膠墊片。

10、優(yōu)選的，壓電陶瓷片使用環(huán)氧導(dǎo)電膠粘貼在金屬矩形板的一側(cè)面，每對壓電陶瓷片關(guān)于對稱軸左右對稱，壓電陶瓷片的極化方向沿壓電陶瓷片厚度方向同時向內(nèi)或向外。

11、本發(fā)明還公開了一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺的操控方法，所述操控方法具體為：將壓電陶瓷片沿左右對稱軸分成ⅰ、ⅱ兩組，兩組壓電陶瓷片施加等幅、同頻并且時間相位差為π/2或-π/2的兩相電信號，ⅰ組為usin(ωt)、ⅱ組為ucos(ωt)，其中u為電壓幅值、ω為激勵頻率、t為時間；

12、其次，由于施加在壓電陶瓷片上的電信號存在π/2的相位差，因此可以同時激發(fā)出定子組件的一階縱振模態(tài)和二階彎振模態(tài)；當(dāng)定子組件工作在一階縱振模態(tài)，三角形驅(qū)動足產(chǎn)生沿定子組件對稱軸方向的上下位移，而在二階彎振模態(tài)時，三角形驅(qū)動足產(chǎn)生沿垂直定子組件對稱軸方向的左右位移；

13、最后，通過縱振彎振模態(tài)耦合，會使三角形驅(qū)動足處形成微米級別的橢圓運動，在預(yù)緊力的作用下三角形驅(qū)動足和摩擦板之間的摩擦耦合，推動移動臺組件作直線運動，當(dāng)施加在兩組壓電陶瓷片上的激勵信號的相位差為-π/2時，橢圓運動軌跡反向，即可實現(xiàn)移動臺組件的反向直線運動。

14、本發(fā)明有益效果：

15、1.本發(fā)明通過預(yù)緊力調(diào)節(jié)組件中的預(yù)緊螺栓和彈簧來調(diào)節(jié)定子組件與移動臺組件之間的預(yù)緊力，操作便捷、結(jié)構(gòu)緊湊，使得整個裝置的安裝更為簡單，能夠降低制造成本。

16、2.本發(fā)明采用三塊金屬矩形板沿厚度方向重疊，且三塊金屬矩形板采用鏤空設(shè)計，同時，金屬矩形板一側(cè)疊加三角形驅(qū)動足的結(jié)構(gòu)，三角形驅(qū)動足使得本發(fā)明的負載顯著提升，三角形驅(qū)動足能夠輸出更大的推力，此更適合大負載場合的使用。

技術(shù)特征：

1.一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，其特征在于：包括支座組件、定子組件、預(yù)緊力調(diào)節(jié)組件和移動臺組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，其特征在于：在金屬矩形板中心處設(shè)置有大圓形安裝通孔，金屬矩形板兩側(cè)分別設(shè)置有九個小直徑圓通孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，其特征在于：支座組件還包括凸臺和支座螺栓，底座與凸臺一體成型，金屬矩形板通過支座螺栓固定在凸臺上，支座螺栓穿過金屬矩形板上的大圓形安裝通孔與凸臺上的螺紋孔螺紋連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，其特征在于：金屬矩形板與凸臺的中間壓入方形橡膠墊片，支座螺栓的頭部與金屬矩形板之間壓入圓形橡膠墊片。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺，其特征在于：壓電陶瓷片使用環(huán)氧導(dǎo)電膠粘貼在金屬矩形板的一側(cè)面，每對壓電陶瓷片關(guān)于對稱軸左右對稱，壓電陶瓷片的極化方向沿壓電陶瓷片厚度方向同時向內(nèi)或向外。

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺的操控方法，其特征在于：所述操控方法具體為：將壓電陶瓷片沿左右對稱軸分成ⅰ、ⅱ兩組，兩組壓電陶瓷片施加等幅、同頻并且時間相位差為π/2或-π/2的兩相電信號，ⅰ組為usin(ωt)、ⅱ組為ucos(ωt)，其中u為電壓幅值、ω為激勵頻率、t為時間；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種三矩形板并接型壓電定子驅(qū)動的直線移動平臺及操控方法，該裝置包括支座組件、定子組件、移動臺組件、預(yù)緊力調(diào)節(jié)組件；定子組件固定在底座的凸臺上，其中三角形驅(qū)動足的頂端與摩擦板接觸；預(yù)壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)中移動導(dǎo)軌與滑塊構(gòu)成移動副，預(yù)緊螺栓與螺栓支架之間壓入彈簧和墊片，并控制彈簧松緊實現(xiàn)三角形驅(qū)動足與摩擦板之間預(yù)緊力的調(diào)節(jié)；直線移動平臺裝置工作時對壓電陶瓷片施加指定的電信號，同時激發(fā)出定子組件的一階縱振模態(tài)和二階彎振模態(tài)，通過縱振彎振模態(tài)耦合，會使三角形驅(qū)動足產(chǎn)生橢圓運動，在預(yù)緊力的作用下，通過驅(qū)動足和摩擦板之間的摩擦耦合，推動移動板作直線運動。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單、推力大的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：賀紅林,胡志鵬,劉瓊勝,夏一帆,熊超,李冀
受保護的技術(shù)使用者：南昌航空大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30