CN105071687B - 具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台 - Google Patents

Abstract

一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，包括基台、滑块、滑台、导轨、叠堆型压电陶瓷致动器，滑台与滑块之间设有侧部摩擦力调整机构，包括调整柔性铰链、摩擦块、调整压电陶瓷及其对调整压电陶瓷进行预紧的调整预紧螺栓，该摩擦力调整机构置于惯性质量块上并与惯性质量块加工成一体。实现对滑块与滑台之间的摩擦力进行粗调、细调。由此避免负载变化在传统粘滑驱动跨尺度精密定位平台而引起滑块与滑台之间摩擦力变化，提高粘滑驱动跨尺度精密定位平台的负载能力，并简化了粘滑驱动平台的与激励调整方式，易于加工和装配，提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台输出性能、运动精度和一致性，适合批量生产。

Description

具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台

技术领域

本发明涉及精密运动技术领域，尤其涉及一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台。

背景技术

随着微/纳米技术的快速发展，在光学工程、微电子制造、航空航天技术、超精密机械制造、微机器人操作、生物医学及遗传工程等技术领域的研究都迫切需要微/纳米级的超精密驱动机构。

具有纳米级运动分辨率，又具有毫米级运动行程的跨尺度精密运动技术是目前微驱动领域中的关键技术，已经运用到许多重要的科学工程领域中。由于粘滑驱动相对于其他类跨尺度运动驱动方式的驱动原理简单、方便、控制简单，且具有分辨率高、运动范围大、结构简单、精确定位和易微小化等优点，因此基于粘滑驱动原理的装备是目前跨尺度驱动设备中应用较多的一种。粘滑驱动的工作原理主要是以摩擦力作为驱动源，利用锯齿形电压激励压电振子的不对称振动所形成的动静摩擦力之间的差异来实现被驱动体的微小移动，通过多次重复激励从而实现被驱动体最终的跨尺度精密运动。而在粘滑驱动中，摩擦力的调整是其中尤为关键的环节。

在一些传统的粘滑驱动定位平台设计中，摩擦振子与被驱动的物体摩擦力基本上为上下调整，该类摩擦力调整方式因而受到负载变化的影响，负载变化将会改变摩擦振子与被驱动的物体之间正压力变化，从而改变两者之间的摩擦力。目前根据摩擦力的预紧结构和调整方式的不同，粘滑驱动跨尺度精密运动平台主要分为机械公差配合式粘滑驱动跨尺度精密运动平台、永磁预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台以及上下弹簧预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台等，这些粘滑驱动跨尺度精密运动平台虽然在摩擦力的预紧结构和调整方式上不同，但其摩擦力的预紧结构和调整方式均设置地过为复杂，均会使摩擦力调节受限，同时这些方案均负载变化的影响。因此在驱动过程中需要考虑到负载对粘滑驱动定位平台的精度的影响。

因此，业界亟需一种可以简化运动平台预紧力调整方式，避免负载变化，实现对摩擦力的粗调和细调，提高粘滑驱动跨尺度定位平台的运动精度和一致性，适合产业化、大批量生产的粘滑驱动跨尺度精密定位平台。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配，有效的改善粘滑驱动跨尺度定位平台的输出性能。同时该侧部摩擦力调整方式，可以实现对摩擦力的粗调和细调，避免了因负载的变化而引起的摩擦力变化，提高了粘滑驱动跨尺度定位平台的精度和一致性，适合产业化，大批量生产。

根据本发明的目的提出的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于，包括：

基台，所述基台包括基座、预紧柔性铰链、驱传动柔性铰链、惯性质量块；

压电陶瓷，所述压电陶瓷安装在所述基座与所述惯性质量块之间；

侧部摩擦力调整机构，所述侧部摩擦力调整机构包括调整柔性铰链、调整压电陶瓷及调整预紧螺栓；

滑台，所述滑台安装在所述基座上方；

滑块，所述滑块安装在所述调整柔性铰链的一侧；

调整所述调整预紧螺栓，使所述调整柔性铰链发生变形，实现所述滑块与所述滑台之间摩擦力的粗调，再对所述调整压电陶瓷施加驱动信号，使调整柔性铰链发生变形，实现所述滑块与所述滑台之间摩擦力的细调。

优选的，所述具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台还包括导轨，所述导轨通过螺栓安装在所述基座和所述滑台的两边。

优选的，所述导轨为双列交叉滚柱导轨，所述滑台沿所述双列交叉滚柱导轨滑动。

优选的，所述双列交叉滚柱导轨还包括保持架和滚柱，所述保持架和滚柱为所述滑台的滑动提供支撑。

优选的，所述调整柔性铰链、调整压电陶瓷及调整预紧螺栓分别为一个，且置于所述惯性质量块上方，并与惯性质量块一体加工成型。

优选的，所述滑台为“E”字形，中间具有凸出部分，所述凸出部分与所述滑块接触产生摩擦力，形成粘滑驱动。

优选的，所述压电陶瓷采用驱传动叠堆型压电陶瓷致动器。

优选的，所述压电陶瓷的一端通过通过所述预紧柔性铰链进行预紧，另一端与所述惯性质量块相接触。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术优势：

通过调整滑块右端与滑台左端之间的预紧力，使得滑块与滑台之间能够有效的实现粘滑驱动效应，简化了运动平台的预紧力调整方式，且预紧力调整范围大，不受限制，确保了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动性能和一致性，适合批量生产。

设计侧部摩擦力调整机构，可以从侧面改变滑块与滑台之间的摩擦力，有效避免因负载变化而引起的摩擦力变化，使得滑台与滑块在运动过程中，能够有效地保持摩擦力的不变性，从而有效的提高了粘滑驱动跨尺度精密定位平台的精度与负载能力。侧部摩擦力调整机构，还可以对滑台与滑块之间摩擦力进行粗调和细调，有效提高粘滑驱动跨尺度精密运动平台的输出性能，确保了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动精度和一致性。

摩擦力调整方式采用了侧部调整，摒弃了滑块与滑台之间上下预紧式的摩擦力调节，从而减少了粘滑驱动跨尺度定位平台高度尺寸。

将惯性质量块与侧部摩擦力调整机构加工成一体，避免了安装的复杂性，简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例中粘滑驱动跨尺度精密定位平台的立体结构示意图

图2是本发明优选实施例中粘滑驱动跨尺度精密定位平台的主视图

图3是本发明优选实施例中粘滑驱动跨尺度精密定位平台的仰视图

图4是本发明优选实施例中粘滑驱动跨尺度精密定位平台基座的立体结构示意图

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：1.压电陶瓷；2.预紧螺钉；3.基台；4.双列交叉滚珠导轨；5.滑台；6.侧部摩擦力调整机构中的调整压电陶瓷；7.侧部摩擦力调整机构中的调整预紧螺栓；8.双列交叉滚柱导轨安装螺栓；

31.安装双列交叉滚柱导轨的基台上的基准面；32.驱传动柔性铰链；33.侧部摩擦力调整机构中的压电陶瓷安装槽；34.侧部摩擦力调整机构中的调整柔性铰链；35.滑块；36.惯性质量块；37.驱传动叠堆型压电陶瓷的预紧柔性铰链；

41、46.安装在基台上的双列交叉滚柱导轨；43、44.安装在滑台上的双列交叉滚柱导轨；42、45.双列交叉滚柱导轨的保持架；

51.滑台与滑块摩擦接触的凸台；52.滑台主体。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，摩擦力是上下调整，摩擦力调整方式受到负载变化的影响，同时，摩擦力的预紧结构和调整方式设置较为复杂，使摩擦力调节受限，影响精度。

下面，将对本发明的具体技术方案做详细介绍。

请一并参见图1～图4，本发明中的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，包括：

基台3，基台3包括基座、预紧柔性铰链37、驱传动柔性铰链32、惯性质量块36，同时具有预紧螺钉2，以及压电陶瓷1，压电陶瓷1安装在基座与惯性质量块36之间，其一端通过预紧柔性铰链37进行预紧，另一端与惯性质量块36相接触，通过预紧柔性铰链37对压电陶瓷1进行预紧，确保运动平台仅沿产生粘滑效应的驱动方向做位移运动。压电陶瓷1采用驱传动叠堆型压电陶瓷致动器，侧部摩擦力调整机构中的调整压电陶瓷6采用调整叠堆型压电陶瓷。

粘滑驱动跨尺度精密定位平台还包括侧部摩擦力调整机构，侧部摩擦力调整机构包括调整柔性铰链34、调整压电陶瓷6及调整预紧螺栓7，调整柔性铰链34、调整压电陶瓷6及调整预紧螺栓7分别为一个，且置于惯性质量块36的上方，并与惯性质量块36一体加工成型，由此避免了安装的复杂性，简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配；

滑台5，滑台5安装在基座的上方，滑台为“E”字形，具有滑台主体52与中间的凸出部分，即滑台与滑块摩擦接触的凸台51，凸台51与滑块35接触产生摩擦力，形成粘滑驱动；

滑块35，滑块35安装在调整柔性铰链34的右侧，滑块35与凸台51之间产生粘滑效应，滑块35做跨尺度精密运动；

粘滑驱动跨尺度精密定位平台还包括导轨，导轨为双列交叉滚柱导轨4，通过螺栓安装在基台3和滑台5的两边，包括通过固定螺栓安装在基台3上的双列交叉滚柱导轨41、46与通过固定螺栓安装在滑台上的双列交叉滚柱导轨43、44，滑台5沿双列交叉滚柱导轨滑动，安装在基台3上的双列交叉滚柱导轨41、46与安装在滑台上的双列交叉滚柱导轨43、44还分别设有双列交叉滚柱导轨的保持架42、45及滚柱，保持架42、45和滚柱为滑台的滑动提供支撑。另外，为了避免保持架42、45和滚柱滑出导轨，同时限制滑台5的运动范围，因此，分别在双列交叉滚柱导轨41、46、43、44的两端设置双列交叉滚柱导轨安装螺栓8。

基台3上还包括安装双列交叉滚柱导轨的基台上的基准面31、驱传动柔性铰链32，侧部摩擦力调整机构中的调整压电陶瓷6安装在侧部摩擦力调整机构中的压电陶瓷安装槽33中。

因为具有侧部摩擦力调整机构，首先可以通过调整预紧螺栓7使调整柔性铰链34发生变形，从而调整滑块35与滑台5之间的的预紧力，进而实现对滑块35与滑台5之间摩擦力大小的粗略调整，此后可以对侧部摩擦力调整机构中的调整压电陶瓷6进行驱动，使得调整柔性铰链34发生微小变形，进而实现了对滑块与滑台5之间摩擦力大小的精确调整，同时利用双列交叉滚柱导轨41、46、43、44作为导向机构，提高了运动平台的稳定性和精确度。进一步优化，本发明将惯性质量块36与侧部摩擦力调整机构加工成一体，避免了安装的复杂性，简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配，进而有效的改善了粘滑驱动跨尺度定位平台的输出性能，从而提高了粘滑驱动跨尺度定位平台的运动精度和一致性。

在惯性质量块上设计一个侧部摩擦力调整机构，可以从侧面改变滑块35与滑台5之间的摩擦力。该摩擦力调整机构通过调整滑块35右端与滑台5左端之间的预紧力，使得滑块35与滑台5之间能够有效的实现粘滑驱动效应，同时该滑台5与滑块35之间的摩擦力是通过侧部调整的，从而有效的避免了因负载变化而引起的摩擦力变化，使得滑台5与滑块35在运动过程中，能够有效的保持摩擦力的不变性，从而有效的提高了粘滑驱动跨尺度精密定位平台的精度；同时摩擦力调整方式采用了侧部调整，摒弃了滑块35与滑台5之间上下预紧式的摩擦力调节，减少了粘滑驱动跨尺度定位平台高度尺寸，并极大的简化了运动平台的预紧力调整方式，且预紧力调整范围大，不受限制，有效提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的性能，确保了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动性能和一致性，适合批量生产。

综合以上所述内容，本发明提供的侧部摩擦力调整的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，极大简化了运动平台预紧力的调整方式，避免了负载变化而引起的摩擦力变化，同时可以对滑台5与滑块35之间的摩擦力进行粗调和细调，有效提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的输出性能，可简单有效确保粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动精度和一致性，适合批量生产化，非常适合在如微纳操作、微小型机器人、生物微操作、数码产品以及精密驱动系统等具有结构微型化、大范围精确定位要求的各个领域中应用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于，包括：

基台，所述基台包括基座、预紧柔性铰链、驱传动柔性铰链、惯性质量块；

压电陶瓷，所述压电陶瓷安装在所述基座与所述惯性质量块之间；

侧部摩擦力调整机构，所述侧部摩擦力调整机构包括调整柔性铰链、调整压电陶瓷及调整预紧螺栓；

滑台，所述滑台安装在所述基座上方；

滑块，所述滑块安装在所述调整柔性铰链的一侧；

调整所述调整预紧螺栓，使所述调整柔性铰链发生变形，实现所述滑块与所述滑台之间摩擦力的粗调，再对所述调整压电陶瓷施加驱动信号，使调整柔性铰链发生变形，实现所述滑块与所述滑台之间摩擦力的细调。

2.如权利要求1所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台还包括导轨，所述导轨通过螺栓安装在所述基座和所述滑台的两边。

3.如权利要求2所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述导轨为双列交叉滚柱导轨，所述滑台沿所述双列交叉滚柱导轨滑动。

4.如权利要求3所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述双列交叉滚柱导轨还包括保持架和滚柱，所述保持架和滚柱为所述滑台的滑动提供支撑。

5.如权利要求1所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度 精密定位平台，其特征在于：所述调整柔性铰链、调整压电陶瓷及调整预紧螺栓分别为一个，且置于所述惯性质量块上方，并与惯性质量块一体加工成型。

6.如权利要求1所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述滑台为“E”字形，中间具有凸出部分，所述凸出部分与所述滑块接触产生摩擦力，形成粘滑驱动。

7.如权利要求1所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述压电陶瓷采用驱传动叠堆型压电陶瓷致动器。

8.如权利要求1所述的一种具有侧部摩擦力调整机构的粘滑驱动跨尺度精密定位平台，其特征在于：所述压电陶瓷的一端通过所述预紧柔性铰链进行预紧，另一端与所述惯性质量块相接触。