CN106877736A - 一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器，属于微纳精密驱动领域。由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成，其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定在预紧力加载平台(2)上并与转子(4)保持弹性接触；所述的定子(3)由柔顺机构(3‑1)、压电纤维I(3‑2)、压电纤维II(3‑3)组成；给压电纤维施加驱动电信号，压电纤维I(3‑2)和压电纤维II(3‑3)相互配合，使柔顺机构(3‑1)形成驱动行波，驱动转子(4)转动。本发明优点是：结构简单、精度高、行程大，可用于微纳加工、精密光学、航空航天等领域。

Description

一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器
技术领域
本发明涉及一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器,属于微纳精密驱动技术领域。
背景技术
伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。
发明内容
为了实现大行程、高精度的结合，本发明公开一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器，其特征在于：由基座、预紧力加载平台、定子、转子组成,其中预紧力加载平台和转子安装在基座上，定子固定在预紧力加载平台上并与转子保持弹性接触；所述的定子由柔顺机构、压电纤维I、压电纤维II组成。给压电纤维I施加相对于压电纤维II滞后1/4T的正弦波驱动电信号，压电纤维I和压电纤维II相互配合，使柔顺机构形成顺时针的驱动行波，驱动转子顺时针转动；给压电纤维II施加相对于压电纤维I滞后1/4T的正弦波驱动电信号，柔顺机构形成逆时针的驱动行波，驱动转子逆时针转动。
所述的柔顺机构包括：柔顺机构底座、右刚性臂、弧形柔顺驱动臂、左刚性臂；所述的柔顺机构底座、右刚性臂、弧形柔顺驱动臂、左刚性臂逆时针连接成环；压电纤维I和压电纤维II对称粘在弧形柔顺驱动臂内侧两端。
本发明的工作原理：压电纤维具有通正电伸长、负电收缩的特性，基于该特性，通过驱动电信号激励粘有压电纤维的定子，形成驱动行波，驱动转子转动。
本发明的有益效果是：结构简单、精度高、行程大。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。附图中：
图1所示为本发明的结构示意图；
图2所示为本发明的定子结构示意图；
图3所示为本发明的柔顺机构结构示意图；
图4所示为本发明的驱动原理示意图；
图5所示为本发明的顺时针转动驱动电信号波形示意图；
图6所示为本发明的逆时针转动驱动电信号波形示意图。
其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、柔顺机构；3-1-1、柔顺机构底座；3-1-2、右刚性臂；3-1-3、弧形柔顺驱动臂；3-1-4、左刚性臂；3-2、压电纤维I；3-3、压电纤维II；4、转子。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图4所示，本实施方式提供一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器的具体实施方案。一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定在预紧力加载平台(2)上并与转子(4)保持弹性接触；所述的定子(3)由柔顺机构(3-1)、压电纤维I(3-2)、压电纤维II(3-3)组成。
所述的柔顺机构(3-1)包括：柔顺机构底座(3-1-1)、右刚性臂(3-1-2)、弧形柔顺驱动臂(3-1-3)、左刚性臂(3-1-4)；所述的柔顺机构底座(3-1-1)、右刚性臂(3-1-2)、弧形柔顺驱动臂(3-1-3)、左刚性臂(3-1-4)逆时针连接成环；压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)对称粘在弧形柔顺驱动臂(3-1-3)内侧两端。
给压电纤维施加驱动电信号，压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)相互配合，使柔顺机构(3-1)形成驱动行波，驱动转子(4)转动。
顺时针正转时，驱动电信号如图5所示：0时刻，压电纤维I(3-2)开始施加正弦波驱动电信号，压电纤维II(3-3)电压为0；0-t1阶段，压电纤维I(3-2)伸长，转子(4)顺时针正转；t1时刻，压电纤维I(3-2)的驱动电信号处于波峰，开始对压电纤维II(3-3)施加相对于压电纤维I(3-2)超前1/4T的正弦波驱动电信号；t1-t2阶段，压电纤维I(3-2)由伸长状态开始回缩，压电纤维II(3-3)缩短，转子(4)不动；t2时刻，压电纤维I(3-2)电压为0，压电纤维II(3-3)驱动电信号为负电压且处于波谷；t2-t3阶段，压电纤维I(3-2)缩短，压电纤维II(3-3)由缩短状态开始伸长，转子(4)不动；t3时刻，压电纤维I(3-2)电压为负电压且处于波谷，压电纤维II(3-3)电压为0；t3-t4阶段，压电纤维I(3-2)由缩短状态开始伸长，压电纤维II(3-3)伸长，转子(4)不动；t4时刻，压电纤维I(3-2)电压为0，压电纤维II(3-3)的驱动电信号为正电压且处于波峰；t4-t5(t1)阶段，压电纤维I(3-2)伸长，压电纤维II(3-3)由伸长状态回缩，转子(4)顺时针正转。
逆时针反转时，驱动电信号如图6所示：0时刻，压电纤维II(3-3)开始施加正弦波驱动电信号；0-t1阶段，压电纤维II(3-3)伸长，转子(4)逆时针反转；t1时刻，压电纤维II(3-3)的驱动电信号处于波峰，开始对压电纤维I(3-2)施加相对于压电纤维II(3-3)超前1/4T的正弦波驱动电信号；t1-t2阶段，压电纤维II(3-3)由伸长状态开始回缩，压电纤维I(3-2)缩短，转子(4)不动；t2时刻，压电纤维II(3-3)电压为0，压电纤维I(3-2)驱动电信号为负电压且处于波谷；t2-t3阶段，压电纤维II(3-3)缩短，压电纤维I(3-2)由缩短状态开始伸长，转子(4)不动；t3时刻，压电纤维II(3-3)电压为负电压且处于波谷，压电纤维I(3-2)电压为0；t3-t4阶段，压电纤维II(3-3)由缩短状态开始伸长，压电纤维I(3-2)伸长，转子(4)不动；t4时刻，压电纤维II(3-3)电压为0，压电纤维I(3-2)的驱动电信号为正电压且处于波峰；t4-t5(t1)阶段，压电纤维II(3-3)伸长，压电纤维I(3-2)由伸长状态回缩，转子(4)逆时针反转。
上述驱动行波形成过程可总结如下表所示：
+：电压为正；-：电压为负；0：电压为0。

Claims (2)

1.一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定在预紧力加载平台(2)上并与转子(4)保持弹性接触；所述的定子(3)由柔顺机构(3-1)、压电纤维I(3-2)、压电纤维II(3-3)组成；给压电纤维I(3-2)施加相对于压电纤维II(3-3)滞后1/4T的正弦波驱动电信号，压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)相互配合，使柔顺机构(3-1)形成顺时针的驱动行波，驱动转子(4)顺时针转动；给压电纤维II(3-3)施加相对于压电纤维I(3-2)滞后1/4T的正弦波驱动电信号，柔顺机构(3-1)形成逆时针的驱动行波，驱动转子(4)逆时针转动。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电纤维的粘滑惯性旋转驱动器，其特征在于：所述的柔顺机构(3-1)包括：柔顺机构底座(3-1-1)、右刚性臂(3-1-2)、弧形柔顺驱动臂(3-1-3)、左刚性臂(3-1-4)；所述的柔顺机构底座(3-1-1)、右刚性臂(3-1-2)、弧形柔顺驱动臂(3-1-3)、左刚性臂(3-1-4)逆时针连接成环；压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)对称粘在弧形柔顺驱动臂(3-1-3)内侧两端。
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