CN102291041B

CN102291041B - 基于尺蠖运动的纳米马达

Info

Publication number: CN102291041B
Application number: CN 201110245339
Authority: CN
Inventors: 楼柿涛; 罗先照; 李立强
Original assignee: SUZHOU HZS-NANOSURF NANOTECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SUZHOU HZS-NANOSURF NANOTECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: CN102291041A

Abstract

本发明涉及一种基于尺蠖运动的纳米马达，包括箱体，箱体内中部设有支撑底座，支撑底座上设有驱动轴，驱动轴两侧设有大小相同且相互对称的两个驱动器压片，两个驱动器压片分别通过可调节夹紧螺丝与箱体连接，两个驱动器压片靠近驱动轴的一侧均设有驱动器，两个驱动器靠近驱动轴的一侧均设有大小相同且相互平行的第一夹紧器和第二夹紧器，第一夹紧器和第二夹紧器均包括通过环氧树脂固定的压电陶瓷片和金属块，压电陶瓷片通过环氧树脂与驱动器压片固定，金属块靠近驱动轴的一侧为与驱动轴的外表面形状相对应的圆弧状，驱动轴通过金属块夹紧并固定。本发明的有益效果为：避免了电压变化时引起的振荡，增加了纳米马达的稳定性。

Description

基于尺蠖运动的纳米马达

技术领域

本发明涉及一种微驱动系统，尤其涉及一种基于尺蠖运动的纳米马达。

背景技术

纳米技术主要包括：纳米材料、纳米动力学、纳米生物学、纳米药物学和纳米电子学等。随着纳米技术的迅猛发展，纳米马达是近年发展起来的用于纳米定位和纳米测量的新型微驱动系统。

纳米马达是指利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料的声震动和微小变形将电能转换为移动的机械输出运动形式的新型驱动器。由于它具有结构简单设计灵活，位移精密等特点，国际上纳米马达已经在纳米技术、微机械和微系统、通讯传感技术、半导体技术、光电子技术、电子扫描技术、微生物技术、航空航天技术等方面得到了实际应用。

基于尺蠖仿生型纳米马达，其特点是利用三组压电陶瓷或其他元件有规律的扩张和收缩来驱动主轴作线性运动。这种尺蠖仿生型纳米马达是由Burleigh 公司在1975年首先发明的，并且后来由不同的科研小组对其进行改进，如Fujitsu Laboratories Ltd, Seoul，Jaehwan Kim 等。国内在近年来报道了对该类马达实现改进，如天津大学和重庆大学的几个实验室对该种马达进行了研究。但是，所有的这些改进在驱动电压方式小幅度抖动时会发生稳定性问题，同时这些纳米马达制造配件的精度高且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于尺蠖运动的纳米马达，避免了电压变化时引起的振荡，增加了纳米马达的稳定性，降低了驱动轴加工精度要求，价格更便宜，同时具有高精度和高分辨率，克服上述现有技术中驱动电压的抖动引起的稳定性问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于尺蠖运动的纳米马达，包括箱体，所述箱体内中部设有支撑底座，支撑底座上设有驱动轴，驱动轴两侧设有大小相同且相互对称的两个驱动器压片，两个驱动器压片分别通过可调节夹紧螺丝与箱体连接，两个驱动器压片靠近驱动轴的一侧均连接驱动器，两个驱动器靠近驱动轴的一侧均设有大小相同且相互平行的第一夹紧器和第二夹紧器，驱动轴通过第一夹紧器和第二夹紧器夹紧并固定，第一夹紧器和第二夹紧器均包括通过环氧树脂固定的压电陶瓷片和金属块，其中压电陶瓷片通过环氧树脂与驱动器压片固定，金属块靠近驱动轴的一侧为与驱动轴的外表面形状相对应的圆弧状，驱动轴通过金属块夹紧并固定。

本发明的有益效果为：可调节夹紧螺丝,调整摩擦力大小,降低了驱动轴加工精度要求，价格更便宜；静止时由支撑底座固定位置,避免了电压变化时引起的振荡，增加了纳米马达的稳定性；可以改变驱动器的驱动步长的电压，以改变每一步的长度，从而达到步长从1纳米到100纳米的改变，达到位移控制的高精度。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的基于尺蠖运动的纳米马达的主视图；

图2是本发明实施例所述的基于尺蠖运动的纳米马达的俯视图；

图3是本发明实施例所述的基于尺蠖运动的纳米马达中第一夹紧器和第二夹紧器的结构示意图。

图中：

1、箱体；2、支撑底座；3、驱动轴；4、驱动器压片；5、可调节夹紧螺丝；6、驱动器；7、第一夹紧器；8、第二夹紧器；9、压电陶瓷片；10、金属块。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明实施例所述的一种基于尺蠖运动的纳米马达，包括箱体1，所述箱体1内中部设有支撑底座2，支撑底座2上设有驱动轴3，驱动轴3两侧设有大小相同且相互对称的两个驱动器压片4，两个驱动器压片4分别通过可调节夹紧螺丝5与箱体1连接，两个驱动器压片4靠近驱动轴3的一侧均连接驱动器6，两个驱动器6靠近驱动轴3的一侧均设有大小相同且相互平行的第一夹紧器7和第二夹紧器8，驱动轴3通过第一夹紧器7和第二夹紧器8夹紧并固定，第一夹紧器7和第二夹紧器8均包括通过环氧树脂固定的压电陶瓷片9和金属块10，其中压电陶瓷片9通过环氧树脂与驱动器压片4固定，金属块10靠近驱动轴3的一侧为与驱动轴的外表面形状相对应的圆弧状，驱动轴3通过金属块10夹紧并固定。

本发明所述的基于尺蠖运动的纳米马达的工作原理如下：

把驱动轴3向第二夹紧器8走为向前走，其工作步骤如下：

1）给第二夹紧器8的压电陶瓷片9加高电压，使第二夹紧器8夹紧驱动轴3；

2）给驱动器6加上高电压，缩短驱动器6的长度，使第一夹紧器7和第二夹紧器8的距离缩短（缩短的距离和电压成线性关系）；

3）给第一夹紧器7加上高压，使第一夹紧器7夹紧驱动轴3；

4）将第二夹紧器8上的高电压改为0电压，使第二夹紧器8放松驱动轴3；

5）将驱动器6上的电压改为0电压，使驱动器6恢复原来长度；

6）将第一夹紧器7上的电压降为0电压，使第一夹紧器7放开驱动轴3；

7）通过上述步骤，驱动轴3就向前移动了一步，其距离为驱动器缩短的距离，随后重复步骤1）至步骤6）达到纳米马达前进的效果。

把驱动轴3向第一夹紧器7走为向后走，其工作步骤如下：

1）给第一夹紧器7的压电陶瓷片9加高电压，第使一夹紧器7夹紧驱动轴3；

3）给第二夹紧器8加上高压，使第二夹紧器8夹紧驱动轴3；

4）将第一夹紧器7上的高压改为0电压，使第一夹紧器7放松驱动轴3；

5）将驱动器6上的电压改为0电压，使驱动器6恢复原来长度；

6）将第二夹紧器8上的电压降为0电压，使第二夹紧器8放开驱动轴3；

7）通过上述步骤，驱动轴3就向后移动了一步，其距离为驱动器6缩短的距离，随后重复步骤1）至步骤6）达到纳米马达后退的效果。

具体使用时，压电陶瓷片9的中间分区用于连接驱动电压，其他所有分区全部接地，由于金属块10靠近驱动轴3的一侧呈圆弧状且该圆弧与驱动轴3的外表面形状相对应，从而大大增加了第一夹紧器7、第二夹紧器8与驱动轴3之间的摩擦力。在纳米马达不运动时，驱动轴3位于支撑底座2上；当纳米马达驱动时，由驱动器6、第一夹紧器7、第二夹紧器8交替进行缩涨，带动驱动轴3移动；在纳米马达装配调试期间，可以由可调节夹紧螺丝5调节夹紧器的夹紧距离。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于尺蠖运动的纳米马达，包括箱体（1），箱体（1）内中部设有支撑底座（2），支撑底座（2）上设有驱动轴（3），其特征在于：驱动轴（3）两侧设有大小相同且相互对称的两个压电驱动器压片（4），两个压电驱动器压片（4）分别通过可调节夹紧螺丝（5）与箱体（1）连接，两个压电驱动器压片（4）靠近驱动轴（3）的一侧均连接压电驱动器（6），两个压电驱动器（6）靠近驱动轴（3）的一侧均设有大小相同且相互平行的第一压电陶瓷片夹紧器（7）和第二压电陶瓷片夹紧器（8），驱动轴（3）通过第一压电陶瓷片夹紧器（7）和第二压电陶瓷片夹紧器（8）夹紧并固定，所述第一压电陶瓷片夹紧器（7）和第二压电陶瓷片夹紧器（8）均包括通过环氧树脂固定的压电陶瓷片（9）和金属块（10），所述金属块（10）靠近驱动轴（3）的一侧为与驱动轴（3）的外表面形状相向对应的圆弧状。

2.根据权利要求1所述的基于尺蠖运动的纳米马达，其特征在于：所述压电陶瓷片（9）通过环氧树脂与压电驱动器压片（4）固定。

3.根据权利要求1或2所述的基于尺蠖运动的纳米马达，其特征在于：所述驱动轴（3）通过金属块（10）夹紧并固定。