CN108092545A - 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 - Google Patents
多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108092545A CN108092545A CN201810030489.5A CN201810030489A CN108092545A CN 108092545 A CN108092545 A CN 108092545A CN 201810030489 A CN201810030489 A CN 201810030489A CN 108092545 A CN108092545 A CN 108092545A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- screw
- straight
- straight round
- hinge
- round hinge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 115
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 101
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 45
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 16
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 15
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 15
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 15
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 10
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 8
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 206010049214 Monopodia Diseases 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 235000003283 Pachira macrocarpa Nutrition 0.000 description 1
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 240000001085 Trapa natans Species 0.000 description 1
- 235000014364 Trapa natans Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009711 regulatory function Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 235000009165 saligot Nutrition 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
Abstract
本发明公开了一种多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法，以解决现有多自由度运动平台存在的运动行程小、精度低、控制复杂等技术问题。该多自由度压电粘滑微纳定位平台由x向驱动组件、y向驱动组件、θz旋转组件、上壳和连接螺钉三组成；本发明通过压电叠堆的伸缩变形致使位移转换机构产生斜向力，进而驱动动子运动；当压电叠堆伸长时，可增大动、定子间的摩擦驱动力；当压电叠堆缩短时，可减小动、定子间的摩擦阻力。本发明具有大行程、高精度和控制简便的优点，在空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法，属于压电精密驱动技术领域。
背景技术
随着科技的迅速发展，传统的驱动装置已经无法满足高精度的驱动与定位要求，新型功能材料、物性效应的驱动器得到迅速发展。其中，压电驱动器基于压电元件的逆压电效应即当压电元件受到电信号作用时产生形变来实现微小位移，具有精度高、响应快、发热小、无电磁干扰等诸多优点。
驱动技术是运动平台发展的关键，其直接决定了运动平台的速度、精度和整个系统的效率。对于发展到现在的多维运动平台而言，其驱动结构大致分为电磁型电机、压电微作动器和压电马达驱动平台。其中电磁型电机技术工艺成熟、性能稳定，大量用于工业生产、社会生活中，由于只有一个方向的自由度，所以为达到多维的运动，通常的做法是利用堆叠的方式来实现。但是由于电磁电机中不可避免的摩擦的存在，导致电磁电机的稳定性差，定位精度低。压电微作动器是利用逆压电效应实现电能到机械能的转换。利用压电型微作动器开发的定位平台多将压电元件内置于柔性铰链组成的串并联柔顺机构中，通过对其施加电压的方式使其产生位移，但这种驱动方式的平台形成一般在100μm以下，很难实现大行程。压电马达驱动的运动平台无论高速型还是超低速型都结构紧凑，只有驱动部件和运动部件，没有复杂的传动系统；行程大，其行程在理论上是无限的，只与机械结构有关，可根据实际需要设计位移机构的行程；分辨率和定位精度高，压电马达断电自锁的特性有利于运动在空间位置的保持和克服微动时抵抗外界的干扰，被广泛应用于空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域。
发明内容
为解决现有多自由度运动平台存在的运动行程小、定位精度低、控制复杂等技术问题，本发明公开了一种多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法，具有大行程、高精度和控制简便的优点。
本发明所采用的技术方案是：
一种多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法，该多自由度压电粘滑微纳定位及其驱动方法由x向驱动组件、y向驱动组件、θz旋转组件、上壳和连接螺钉三组成；所述y向驱动组件通过连接螺钉一与连接孔一螺纹连接固定在x向驱动组件上，θz旋转组件通过连接螺钉二与连接孔二螺纹连接固定在y向驱动组件上，所述连接螺钉三穿过沉头孔四与连接孔三螺纹连接，使上壳安装在θz旋转组件上。
所述x向驱动组件包括底座、动子一、定子组件一、安装螺钉二、加载机构、挡板、加载螺钉和固定螺钉；所述底座设置有排线孔一、安装螺孔一、限位螺孔、固定孔和凹槽，所述排线孔一中可放置对定子组件一、定子组件二和定子组件三施加激励信号的导线；所述加载机构置于凹槽内，加载机构与凹槽滑动接触；固定螺钉与固定孔螺纹连接，可固定挡板；所述动子一包括安装螺钉一、定导轨一、动导轨一、滚子和连接孔一，所述定导轨一通过安装螺钉一与安装螺孔一螺纹连接进行固定，所述滚子置于定导轨一和动导轨一之间，可支撑动导轨一；加载机构设置有加载块、限位轴和弹簧，所述限位轴端部设有螺纹，其与限位螺孔螺纹连接，所述弹簧套在限位轴上，放置在底座与加载块之间；所述加载块包括盲孔和安装螺孔二，限位轴与盲孔间隙配合；所述定子组件一固定在加载块上；所述挡板设置有加载螺孔和沉头孔一，其中加载螺孔与加载螺钉螺纹连接，可实现加载块的加载与复位；所述固定螺钉穿过沉头孔一与固定孔螺纹连接，可实现挡板的安装固定。
所述定子组件一包括位移转换机构、压电叠堆、垫片、基米螺钉；所述压电叠堆放置于位移转换机构内部，所述垫片放置在压电叠堆与位移转换机构之间；所述安装螺钉二穿过定子安装孔与安装螺孔二螺纹连接，可实现定子组件一的安装固定。
所述定子组件一可为一种双叠堆拱形定子组件，所述位移转换机构设置有驱动足、横梁、定子安装孔、预紧螺孔、椭圆型铰链Ⅰ、椭圆型铰链Ⅱ、刚性横梁Ⅱ、刚性曲梁Ⅰ、刚性曲梁Ⅱ、刚性曲梁Ⅲ和刚性曲梁Ⅳ；所述驱动足位于横梁的中间位置，驱动足与动导轨线接触；所述定子安装孔用于固定位移转换机构，所述预紧螺孔通过与基米螺钉螺纹连接以固定压电叠堆；所述刚性横梁Ⅱ位于位移转换机构的中心位置，所述刚性曲梁Ⅰ和刚性曲梁Ⅱ通过椭圆型铰链Ⅰ刚性连接，所述刚性曲梁Ⅲ和刚性曲梁Ⅳ通过椭圆型铰链Ⅱ刚性连接。
所述y向驱动组件包括中平台、动子二、安装螺钉三、定子组件二和连接螺钉一；所述连接螺钉一与连接孔一螺纹连接，可实现y向驱动组件的安装固定；所述中平台设置有安装螺孔四、沉头孔二、凸台、安装螺孔三和排线孔二，所述排线孔二中可放置对定子组件二和定子组件三施加激励信号的导线；所述动子二固定在凸台上，所述定子组件二通过安装螺孔三固定在中平台上；所述动子二设置有安装螺钉四、定导轨二、连接孔二和动导轨二；所述安装螺钉四与安装螺孔四螺纹连接，所述定子组件二与动子二线性接触。
所述θz旋转组件包括上平台、转子、定子组件三、安装螺钉五和连接螺钉二，所述连接螺钉二与连接孔二螺纹连接，可实现θz旋转组件的安装；所述上平台包括圆台、沉头孔三、连接孔三、排线孔三和安装螺孔五；所述转子与圆台过盈配合，安装在圆台上，通过安装螺钉五与安装螺孔五螺纹连接可固定定子组件三；所述连接螺钉二通过沉头孔三与连接孔二螺纹连接，用于固定θz旋转组件；所述排线孔三中可放置对定子组件三施加激励信号的导线。
所述定子组件一、定子组件二和定子组件三的内部结构和连接方式完全相同；所述底座采用材料为45号钢；所述动子一选用的导轨型号为VR3-75×10Z，所述动子二选用的导轨型号为VR3-50×7Z；所述中平台、上平台和上壳采用的材料均为铝合金5052。
或为一种使用斜槽定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述斜槽定子组件的位移转换机构采用斜槽式框型结构，所述位移转换机构还设置有驱动足、加厚横梁、斜槽、直圆形铰链Ⅰ、刚性直梁Ⅰ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、刚性直梁Ⅱ、直圆型铰链Ⅳ；所述刚性直梁Ⅰ两端分别设有直圆形铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅱ，刚性直梁Ⅱ两端分别设置有直圆型铰链Ⅲ和直圆型铰链Ⅳ；所述驱动足与动导轨一为线性接触。所述刚性直梁Ⅰ和刚性直梁Ⅱ的宽度均为K，直圆形铰链Ⅰ直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ直圆型铰链Ⅳ的半径均为R，且R需满足的取值范围为K-2R>0；所述斜槽设置在加厚横梁中心，并可向两侧等距阵列n个；所述斜槽的倾斜角度为α，α满足的取值范围为α<90°；所述位移转换机构采用的材料为铝合金7075；所述驱动足表面涂有摩擦材料。
或为一种使用非对称定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述非对称定子组件实现方式的位移转换机构为非对称框型结构，所述位移转换机构设置有定子安装孔，位移转换机构通过定子安装孔固定在底座上；位移转换机构设置有直圆型铰链Ⅰ、刚性直梁Ⅲ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅴ、刚性直梁Ⅳ和直圆型铰链Ⅵ，所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅱ通过刚性直梁Ⅲ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ通过刚性直梁Ⅳ刚性连接；所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅱ半径均为R1，直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ半径均为R2， R2与R1比值的取值范围为0.1~1；所述位移转换机构还设置有驱动足和端部横梁，驱动足位于端部横梁的中间处。
或为一种使用菱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述菱形定子组件实现方式的移转换机构为菱形结构；所述位移转换机构设置有驱动足、端部横梁、定子安装孔、基米螺钉安装孔、刚性折梁Ⅰ、刚性折梁Ⅱ、刚性折梁Ⅲ、刚性折梁Ⅳ、直圆型铰链Ⅶ、直圆型铰链Ⅷ、直圆型铰链Ⅸ和直圆型铰链Ⅹ；所述位移转换机构通过定子安装孔固定在底座上，所述驱动足位于端部横梁的中间位置，驱动足与动导轨一线接触，所述刚性折梁Ⅰ与刚性折梁Ⅱ通过直圆型铰链Ⅶ刚性连接，所述刚性折梁Ⅲ和刚性折梁Ⅳ通过直圆型铰链Ⅸ刚性连接；所述直圆型铰链Ⅶ、直圆型铰链Ⅷ和直圆型铰链Ⅸ具有相同的半径值R3，直圆型铰链Ⅹ具有半径值R4， R3与R4的比值为2~5，调整圆角半径R3与R4的比值，可改变位移转换机构的轴向刚度分布。
或为一种使用斜梯形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述斜梯形定子组件实现方式的位移转换机构为斜梯式框型结构；所述位移转换机构设置有定子安装孔，通过安装螺钉二与安装螺孔二螺纹连接以固定定子组件；所述位移转换机构设置有刚性直梁Ⅴ和刚性直梁Ⅵ，所述位移转换机构设置有直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ和直圆型铰链Ⅳ，所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅱ通过刚性直梁Ⅴ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅲ和直圆型铰链Ⅳ通过刚性直梁Ⅵ刚性连接；所述直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ和直圆型铰链Ⅳ具有相同的半径值R5；所述位移转换机构设置有斜梯型梁，所述斜梯型梁与水平方向的夹角为γ，其中γ取值范围为10°~80°。
或为一种使用双叠堆直梁定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述双叠堆单足定子组件实现方式的位移转换机构为双叠堆直梁式框型结构；所述位移转换机构设置有定子安装孔、预紧螺孔、驱动足、横梁、刚性直梁Ⅶ、直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅳ、刚性横梁Ⅰ、直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ；所述驱动足位于横梁的中间位置，通过安装螺钉二与安装螺孔二螺纹连接以固定定子组件，所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅱ通过刚性直梁Ⅶ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ通过刚性横梁Ⅰ刚性连接。
本发明的有益效果是：本发明使用结构紧凑，控制方便的定子组件，可对激励信号进行快速响应。同时，本发明采用的驱动方法在变形过程中可综合调控动子与定子之间的摩擦力，在压电叠堆伸长时，动子与定子间的摩擦力增大，即增大驱动力；在压电叠堆缩短时，动子与定子间的摩擦力减小，即减小摩擦阻力，大幅度提升输出性能，在开环状态下，本发明定位精度可达到几百纳米甚至几十纳米，闭环状态下，可容易达到几纳米水平，足以满足当前市场的定位需求。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的x向驱动组件的结构示意图；
图3所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的底座的结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的动子一的结构示意图；
图5所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的定子组件一的结构示意图；
图6所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的加载机构的结构示意图；
图8所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的加载块结构示意图；
图9所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的挡板的结构示意图；
图10所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的y向驱动组件的结构示意图；
图11所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的中平台的结构示意图；
图12所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的动子二的结构示意图；
图13所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的θz旋转组件的结构示意图；
图14所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的上平台的结构示意图；
图15所示为本发明提出的一种使用双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的上壳的结构示意图；
图16所示为本发明提出的一种使用斜槽定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图17所示为本发明提出的一种使用斜槽定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图；
图18所示为本发明提出的一种使用非对称定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图19所示为本发明提出的一种使用非对称定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图；
图20所示为本发明提出的一种使用菱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图21所示为本发明提出的一种使用菱形定子组件实现方式的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图；
图22所示为本发明提出的一种使用斜梯形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图23所示为本发明提出的一种使用斜梯形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图；
图24所示为本发明提出的一种使用双叠堆单足定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的结构示意图；
图25所示为本发明提出的一种使用双叠堆单足定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的结构示意图。
图26所示为本发明提出的多自由度压电粘滑微纳定位平台的位移转换机构的驱动方法信号波形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图15说明本实施方式，本实施方式提供了一种多自由度压电粘滑微纳定位平台的具体实施方案。所述该多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法由x向驱动组件1、y向驱动组件2、θz旋转组件3、上壳4和连接螺钉三5组成；所述y向驱动组件2通过连接螺钉一2-5与连接孔一1-2-5螺纹连接固定在x向驱动组件1上，θz旋转组件3通过连接螺钉二3-5与连接孔二2-2-3螺纹连接固定在y向驱动组件2上，所述连接螺钉三5穿过沉头孔四4-1与连接孔三3-1-3螺纹连接，使上壳4安装在θz旋转组件3上。
所述x向驱动组件1由底座1-1、动子一1-2、定子组件一1-3、安装螺钉二1-4、加载机构1-5、挡板1-6、加载螺钉1-7和固定螺钉1-8组成，所述动子一1-2通过安装螺钉一1-2-1和安装螺孔一1-1-2螺纹连接固定在底座1-1上，所述加载机构1-5置于凹槽1-1-5内部，加载块1-5-1侧壁与凹槽1-1-5内壁滑动接触；所述底座1-1还设置有排线孔一1-1-1、限位螺孔1-1-3和固定孔1-1-4，所述排线孔一1-1-1中可放置对定子组件一1-3、定子组件二2-4和定子组件三3-3施加激励信号的导线；所述固定螺钉1-8与固定孔1-1-4螺纹连接，用于固定挡板1-6；所述限位螺孔1-1-3与限位轴1-5-2螺纹连接，用于固定限位轴1-5-2；所述动子一1-2包括安装螺钉一1-2-1、定导轨一1-2-2、动导轨一1-2-3、滚子1-2-4和连接孔一1-2-5，所述定导轨一1-2-2通过安装螺钉一1-2-1与安装螺孔一1-1-2螺纹连接进行固定；所述滚子1-2-4置于定导轨一1-2-2和动导轨一1-2-3之间，可对动导轨一1-2-3施加一个竖直方向的承载力；所述加载机构1-5设置有加载块1-5-1、限位轴1-5-2和弹簧1-5-3，所述限位轴1-5-2端部设有螺纹，其与限位螺孔1-1-3螺纹连接，所述弹簧1-5-3套在限位轴1-5-2上，放置在底座1-1与加载块1-5-1之间；所述加载块1-5-1包括盲孔1-5-1-1和安装螺孔二1-5-1-2，所述限位轴1-5-2与盲孔1-5-1-1间隙配合，所述定子组件一1-3通过安装螺钉二1-4与安装螺孔二1-5-1-2螺纹连接固定在加载块1-5-1上；所述挡板1-6设置有加载螺孔1-6-1和沉头孔一1-6-2，其中加载螺孔1-6-1与加载螺钉1-7螺纹连接，可实现加载块1-5-1的加载与复位；所述固定螺钉1-8通过沉头孔一1-6-2与固定孔1-1-4螺纹连接，可实现挡板1-6的安装固定；所述底座采用材料为45号钢，所述动子一1-2选用的导轨型号为VR3-75×10Z。
所述定子组件一1-3包括位移转换机构1-3-1、压电叠堆1-3-2、垫片1-3-3、基米螺钉1-3-4；所述压电叠堆1-3-2放置于位移转换机构1-3-1内部，垫片1-3-3放置在压电叠堆1-3-2与位移转换机构1-3-1之间；所述安装螺钉二1-4穿过定子安装孔1-3-1-10与安装螺孔二1-5-1-2螺纹连接，可实现定子组件一1-3的安装固定，所述基米螺钉1-3-4与基米螺钉安装孔1-3-1-11螺纹连接，通过旋拧基米螺钉1-3-4使压电叠堆1-3-2获得初始预紧力；所述位移转换机构1-3-1为双叠堆拱形式框型结构，采用铝合金7075材料、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料；所述位移转换机构1-3-1设置有驱动足1-3-1-1、横梁1-3-1-28、定子安装孔1-3-1-10、预紧螺孔1-3-1-31、椭圆型铰链Ⅰ 1-3-1-33、椭圆型铰链Ⅱ1-3-1-37、刚性横梁Ⅱ1-3-1-35、刚性曲梁Ⅰ1-3-1-32、刚性曲梁Ⅱ 1-3-1-34、刚性曲梁Ⅲ 1-3-1-36和刚性曲梁Ⅳ 1-3-1-38。所述驱动足1-3-1-1位于横梁1-3-1-28的中间位置，所述驱动足1-3-1-1端部涂有耐摩擦材料，驱动足1-3-1-1与动导轨1-2-3线接触。所述定子安装孔1-3-1-10用于固定位移转换机构1-3-1，所述预紧螺孔1-3-1-31通过与基米螺钉1-3-4螺纹连接以固定压电叠堆1-3-2。所述刚性横梁Ⅱ 1-3-1-35位于位移转换机构1-3-1的中心位置，所述刚性曲梁Ⅰ1-3-1-32和刚性曲梁Ⅱ 1-3-1-34通过椭圆型铰链Ⅰ 1-3-1-33刚性连接，所述刚性曲梁Ⅲ 1-3-1-36和刚性曲梁Ⅳ 1-3-1-38通过椭圆型铰链Ⅱ1-3-1-37刚性连接，所述刚性曲梁Ⅰ1-3-1-32、刚性曲梁Ⅱ1-3-1-34、椭圆型铰链Ⅰ1-3-1-33和刚性横梁Ⅱ1-3-1-35组成的框型结构可以实现动导轨一1-2-3向x轴负方向运动，所述刚性横梁Ⅱ1-3-1-35、椭圆型铰链Ⅱ1-3-1-37、刚性曲梁Ⅲ 1-3-1-36和刚性曲梁Ⅳ1-3-1-38组成的框型结构可以实现动导轨一1-2-3向x轴正方向运动。
所述y向驱动组件2包括中平台2-1、动子二2-2、安装螺钉三2-3、定子组件二2-4和连接螺钉一2-5；所述连接螺钉一2-5与连接孔一1-2-5螺纹连接，可将y向驱动组件2安装在x向驱动组件1上；所述中平台2-1设置有安装螺孔四2-1-1、沉头孔二2-1-2、凸台2-1-3、安装螺孔三2-1-4和排线孔二2-1-5，所述排线孔二2-1-5中可放置对定子组件二2-4和定子组件三3-3施加激励信号的导线；所述动子二2-2通过安装螺钉四2-2-1与安装螺孔四2-1-1螺纹连接固定在凸台2-1-3上，所述定子组件二2-4通过安装螺钉三2-3与安装螺孔三2-1-4螺纹连接固定在中平台2-1上；所述定子组件二2-4与动导轨二2-2-4为线性接触；所述动子二2-2还设置有连接孔二2-2-3，用于固定上平台3-1；所述动子二2-2选用的导轨型号为VR3-50×7Z。
所述θz旋转组件3包括上平台3-1、转子3-2、定子组件三3-3、安装螺钉五3-4和连接螺钉二3-5，所述连接螺钉二3-5与连接孔二2-2-3螺纹连接，可实现θz旋转组件3的安装；所述定子组件三3-3通过安装螺钉五3-4与安装螺孔五3-1-5螺纹连接进行固定；所述上平台3-1还包括圆台3-1-1、沉头孔三3-1-2、连接孔三3-1-3和排线孔三3-1-4；所述转子3-2内部设有滚珠，转子3-2与圆台3-1-1过盈配合，安装在圆台3-1-1外部；所述上平台采用材料为铝合金5052,；所述排线孔三3-1-4中可放置对定子组件三3-3施加激励信号的导线。
所述定子组件一1-3、定子组件二2-4和定子组件三3-3的内部结构和连接方式完全相同。
具体实施方式二：结合图16~图17说明本实施方式。本实施方式提供了一种斜槽结构定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于定子组件1-3中的位移转换机构1-3-1的具体结构不同。
所述位移转换机构1-3-1为斜槽框型结构，采用铝合金7075材料，所述位移转换机构1-3-1还设置有驱动足1-3-1-1、加厚横梁1-3-1-2、斜槽1-3-1-3、直圆型铰链Ⅰ1-3-1-4、刚性直梁Ⅰ1-3-1-5、直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6、直圆型铰链Ⅲ1-3-1-7、刚性直梁Ⅱ1-3-1-8、直圆型铰链Ⅳ1-3-1-9；所述刚性直梁Ⅰ1-3-1-5两端分别设有直圆形铰链Ⅰ1-3-1-4和直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6，刚性直梁Ⅱ1-3-1-8两端分别设置有直圆型铰链Ⅲ1-3-1-7和直圆型铰链Ⅳ1-3-1-9；所述驱动足1-3-1-1与动导轨一1-2-3为线接触。所述斜槽1-3-1-3在加厚横梁1-3-1-2的中间位置，使位移转换机构1-3-1轴向刚度分布不均匀，当压电叠堆1-3-2挤压位移转换机构1-3-1时，可使驱动足1-3-1-1产生斜向运动。所述刚性直梁Ⅰ1-3-1-5和刚性直梁Ⅱ1-3-1-8的宽度均为K，直圆形铰链Ⅰ1-3-1-4直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6、直圆型铰链Ⅲ1-3-1-7、直圆型铰链Ⅳ1-3-1-9的半径均为R，且R需满足的取值范围为K-2R>0；所述斜槽由中心位置向两侧等距阵列n个，本实施方式中n为4，斜槽1-3-1-3的倾斜角度为α，α满足的取值范围为α<90°，本实施方式中α为45°；所述位移转换机构1-3-1采用的材料为铝合金7075；所述驱动足1-3-1-1表面涂有耐摩擦材料。
具体实施方式三：结合图18~图19说明本实施方式。本实施方式提供了一种非对称结构定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于定子组件1-3中的位移转换机构1-3-1的具体结构不同。
所述位移转换机构1-3-1为非对称框型结构，采用铝合金7075材料，所述位移转换机构1-3-1设置有定子安装孔1-3-1-10，通过定子安装孔1-3-1-10可将位移转换机构1-3-1固定在底座1-1上，所述位移转换机构1-3-1设置有直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4、刚性直梁Ⅲ 1-3-1-13、直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6、直圆型铰链Ⅴ1-3-1-14、刚性直梁Ⅳ 1-3-1-15和直圆型铰链Ⅵ1-3-1-16，所述直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4和直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6通过刚性直梁Ⅲ 1-3-1-13刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ1-3-1-14和直圆型铰链Ⅵ1-3-1-16通过刚性直梁Ⅳ 1-3-1-15刚性连接。所述直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4和直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6半径均为R1，直圆型铰链Ⅴ1-3-1-14和直圆型铰链Ⅵ1-3-1-16半径均为R2， R2与R1比值的取值范围为0.1~1。所述位移转换机构1-3-1采用非对称框型结构，使其沿轴向刚度分布不均而产生切向位移。增大缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小快速变形驱动阶段时摩擦阻力，可实现对摩擦力的综合调控。所述位移转换机构1-3-1还设置有驱动足1-3-1-1和端部横梁1-3-1-12，驱动足1-3-1-1位于端部横梁1-3-1-12的中间处。所述驱动足1-3-1-1外圆面涂有摩擦材料。
具体实施方式四：结合图20~图21说明本实施方式。本实施方式提供了一种菱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于定子组件1-3中的位移转换机构1-3-1的具体结构不同。
所述位移转换机构1-3-1为菱形结构，采用铝合金7075材料。所述位移转换机构1-3-1设置有驱动足1-3-1-1、端部横梁1-3-1-12、定子安装孔1-3-1-10、基米螺钉安装孔1-3-1-11、刚性折梁Ⅰ 1-3-1-17、刚性折梁Ⅱ 1-3-1-19、刚性折梁Ⅲ1-3-1-21、刚性折梁Ⅳ1-3-1-23、直圆型铰链Ⅶ1-3-1-18、直圆型铰链Ⅷ 1-3-1-20、直圆型铰链Ⅸ1-3-1-22和直圆型铰链Ⅹ1-3-1-24。所述位移转换机构1-3-1通过定子安装孔1-3-1-10固定在底座1-1上，所述驱动足1-3-1-1位于端部横梁1-3-1-12的中间位置，驱动足1-3-1-1与动导轨一1-2-3线接触，驱动足1-3-1-1的表面涂有耐摩擦材料，所述刚性折梁Ⅰ 1-3-1-17与刚性折梁Ⅱ 1-3-1-19通过直圆型铰链Ⅶ1-3-1-18刚性连接，所述刚性折梁Ⅲ1-3-1-21和刚性折梁Ⅳ1-3-1-23通过直圆型铰链Ⅸ1-3-1-22刚性连接。所述直圆型铰链Ⅶ1-3-1-18、直圆型铰链Ⅷ 1-3-1-20和直圆型铰链Ⅸ1-3-1-22具有相同的半径值R3，直圆型铰链Ⅹ 1-3-1-26具有半径值R4， R3与R4的比值为2~5，调整圆角半径R3与R4的比值，可改变位移转换机构1-3-1的轴向刚度分布。本实施方式中R3与R4比值的取值为3。R3与R4的值不同，引起位移转换机构1-3-1的轴向刚度分布不均匀，在压电叠堆1-3-2产生轴向振动位移时，驱动足1-3-1-1会发生偏转产生侧向位移。
具体实施方式五：结合图22~图23说明本实施方式。本实施方式提供了一种斜梯型定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于定子组件1-3中的位移转换机构1-3-1的具体结构不同。
所述位移转换机构1-3-1为斜梯式框型结构，采用铝合金7075材料、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料。所述位移转换机构1-3-1设置有定子安装孔1-3-1-10，通过安装螺钉二1-4与安装螺孔二1-5-1-2螺纹连接以固定定子组件1-3。所述位移转换机构1-3-1设置有刚性直梁Ⅴ1-3-1-26和刚性直梁Ⅵ 1-3-1-27，所述位移转换机构1-3-1设置有直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4、直圆型铰链Ⅱ 1-3-1-6、直圆型铰链Ⅲ 1-3-1-7和直圆型铰链Ⅳ 1-3-1-9，所述直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4和直圆型铰链Ⅱ 1-3-1-6通过刚性直梁Ⅴ1-3-1-26刚性连接，所述直圆型铰链Ⅲ 1-3-1-7和直圆型铰链Ⅳ 1-3-1-9通过刚性直梁Ⅵ 1-3-1-27刚性连接。所述直圆型铰链Ⅰ 1-3-1-4、直圆型铰链Ⅱ 1-3-1-6、直圆型铰链Ⅲ 1-3-1-7和直圆型铰链Ⅳ 1-3-1-9具有相同的半径值R5。所述位移转换机构1-3-1设置有斜梯型梁1-3-1-25，所述斜梯型梁1-3-1-25与水平方向的夹角为γ，其中γ取值范围为10°~80°，本实施方式中的夹角γ为30°。
具体实施方式六：结合图24~图25说明本实施方式。本实施方式提供了一种双叠堆单足定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于定子组件1-3中的位移转换机构1-3-1的具体结构不同。
所述位移转换机构1-3-1为双叠堆单足式框型结构，采用铝合金7075材料、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料。所述位移转换机构1-3-1设置有定子安装孔1-3-1-10、预紧螺孔1-3-1-31、驱动足1-3-1-1、横梁1-3-1-28、刚性直梁Ⅶ1-3-1-29、直圆型铰链Ⅰ1-3-1-4、直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6、直圆型铰链Ⅲ1-3-1-7、直圆型铰链Ⅳ1-3-1-9、刚性横梁Ⅰ1-3-1-30、直圆型铰链Ⅴ1-3-1-14和直圆型铰链Ⅵ1-3-1-16；所述驱动足1-3-1-1位于横梁1-3-1-28的中间位置，驱动足1-3-1-1的表面涂有摩擦材料，通过安装螺钉二1-4与安装螺孔二1-5-1-2螺纹连接以固定定子组件1-3，通过旋紧基米螺钉1-3-4来调节压电叠堆1-3-2的预紧力，所述直圆型铰链Ⅰ1-3-1-4和直圆型铰链Ⅱ1-3-1-6通过刚性直梁Ⅶ1-3-1-29刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ1-3-1-14和直圆型铰链Ⅵ1-3-1-16通过刚性横梁Ⅰ1-3-1-30刚性连接。
具体实施方式七：结合图26说明本实施方式，本实施方式提供了一种多自由度压电粘滑微纳定位平台驱动方法的具体实施方式，所述一种多自由度压电粘滑微纳定位平台的驱动方法如下所示。
所述驱动方法中采用的复合激励电信号实现，复合激励电信号包括摩擦调控波和驱动波，通过将摩擦调控波复合叠加于驱动波的快速通电阶段，激发驱动定子在快速变形阶段处于微副高频共振状态，基于超声减摩效应降低快速变形阶段驱动定子与双列交叉滚柱导轨间的摩擦阻力。所述驱动波为锯齿波，所述摩擦调控波为正弦波。其中锯齿波的周期为T1，激励电压幅值为V1，对称性为S，正弦波周期为T2，激励电压幅值为V2，锯齿波与正弦波的周期比为T1/T2=100~20000，激励电压幅值比为V1/V2=2~6。
工作原理：本发明采用复合激励电信号作为驱动信号，驱动定子组件带动动子和转子运动，实现运动输出。本发明的位移转换机构具有摩擦力调节功能，具体表现在：当压电叠堆缓慢伸长时定子与动子间为静摩擦，此时位移转换机构对动子施加了一个逐渐增大的斜向压力，这个斜向压力可分解为法向的正压力和切向的摩擦驱动力，由于法向正压力逐渐增大，摩擦驱动力也随之逐渐增大，即可增大“粘”阶段动子的输出特性；当压电叠堆快速缩短时定子与动子间为动摩擦，此时位移转换机构对动子的斜向压力逐渐减小，并基于超声减摩效应，摩擦阻力也随之逐渐减小，即可减小“滑”阶段的摩擦阻力。
综合以上所述内容，本发明提供一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，以解决现有多自由度运动平台存在的运动行程小、精度低、控制复杂等技术问题。所提出的多自由度压电粘滑微纳定位平台，具有大行程、高精度和控制简便的优点。通过压电叠堆的伸缩使位移转换机构产生斜向力用以驱动动子，压电叠堆伸长时可增大驱动力，压电叠堆缩短时减小摩擦阻力。在空间机构、生命科学、光学精密仪器和超精加工等高端技术领域具有广泛的应用前景。
Claims (10)
1.一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种双叠堆拱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台包括x向驱动组件（1）、y向驱动组件（2）、θz旋转组件（3）、上壳（4）和连接螺钉三（5）；所述y向驱动组件（2）通过连接螺钉一（2-5）与动子一（1-2）上的连接孔一（1-2-5）螺纹连接固定在x向驱动组件（1）上，θz旋转组件（3）通过连接螺钉二（3-5）与动子二（2-2）上的连接孔二（2-2-3）螺纹连接固定在y向驱动组件（2）上，所述连接螺钉三（5）穿过上壳（4）上的沉头孔四（4-1）与上平台（3-1）上的连接孔三（3-1-3）螺纹连接，使上壳（4）安装在θz旋转组件（3）上。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：所述x向驱动组件（1）包括底座（1-1）、动子一（1-2）、定子组件一（1-3）、安装螺钉二（1-4）、加载机构（1-5）、挡板（1-6）、加载螺钉（1-7）和固定螺钉（1-8）；动子一（1-2）通过螺纹连接固定在底座（1-1）上，加载机构（1-5）与底座（1-1）滑动接触，定子组件一（1-3）通过安装螺钉二（1-4）固定在加载机构（1-5）上，加载螺钉（1-7）与挡板（1-6）螺纹连接；所述底座（1-1）设置有排线孔一（1-1-1）、安装螺孔一（1-1-2）、限位螺孔（1-1-3）、固定孔（1-1-4）和凹槽（1-1-5），所述排线孔一（1-1-1）中可放置对定子组件一（1-3）、定子组件二（2-4）和定子组件三（3-3）施加激励信号的导线；所述加载机构（1-5）置于凹槽（1-1-5）内，加载机构（1-5）与凹槽（1-1-5）滑动接触；固定螺钉（1-8）与固定孔（1-1-4）螺纹连接；所述动子一（1-2）包括安装螺钉一（1-2-1）、定导轨一（1-2-2）、动导轨一（1-2-3）、滚子（1-2-4）和连接孔一（1-2-5），所述定导轨一（1-2-2）通过安装螺钉一（1-2-1）与安装螺孔一（1-1-2）螺纹连接进行固定，所述滚子（1-2-4）置于定导轨一（1-2-2）和动导轨一（1-2-3）之间；所述定子组件一（1-3）包括位移转换机构（1-3-1）、压电叠堆（1-3-2）、垫片（1-3-3）、基米螺钉（1-3-4）；所述压电叠堆（1-3-2）放置于位移转换机构（1-3-1）内部，所述垫片（1-3-3）放置在压电叠堆（1-3-2）与位移转换机构（1-3-1）之间；所述基米螺钉（1-3-4）与位移转换机构（1-3-1）中的预紧螺孔（1-3-1-31）螺纹连接，并通过旋拧基米螺钉（1-3-4）使压电叠堆（1-3-2）获得初始预紧力；所述位移转换机构（1-3-1）设置有驱动足（1-3-1-1）、定子安装孔（1-3-1-10）、横梁（1-3-1-28）、预紧螺孔（1-3-1-31）、椭圆型铰链Ⅰ（1-3-1-33）、椭圆型铰链Ⅱ（1-3-1-37）、刚性横梁Ⅱ（1-3-1-35）、刚性曲梁Ⅰ（1-3-1-32）、刚性曲梁Ⅱ（1-3-1-34）、刚性曲梁Ⅲ（1-3-1-36）和刚性曲梁Ⅳ（1-3-1-38）；所述驱动足（1-3-1-1）位于横梁（1-3-1-28）的中间位置，驱动足（1-3-1-1）与动导轨一（1-2-3）线接触；所述预紧螺孔（1-3-1-31）通过与基米螺钉（1-3-4）螺纹连接以固定压电叠堆（1-3-2）；所述刚性横梁Ⅱ（1-3-1-35）位于位移转换机构（1-3-1）的中心位置，所述刚性曲梁Ⅰ（1-3-1-32）和刚性曲梁Ⅱ（1-3-1-34）通过椭圆型铰链Ⅰ（1-3-1-33）刚性连接，所述刚性曲梁Ⅲ（1-3-1-36）和刚性曲梁Ⅳ（1-3-1-38）通过椭圆型铰链Ⅱ（1-3-1-37）刚性连接；所述安装螺钉二（1-4）穿过定子安装孔（1-3-1-10）与安装螺孔二（1-5-1-2）螺纹连接；所述加载机构（1-5）设置有加载块（1-5-1）、限位轴（1-5-2）和弹簧（1-5-3）；所述限位轴（1-5-2）与加载块（1-5-1）过渡配合，所述弹簧（1-5-3）置于限位轴（1-5-2）外部；所述加载块（1-5-1）包括盲孔（1-5-1-1）和安装螺孔二（1-5-1-2），限位轴（1-5-2）与盲孔（1-5-1-1）间隙配合；所述限位轴（1-5-2）端部设有螺纹，其与限位螺孔（1-1-3）螺纹连接，所述弹簧（1-5-3）套在限位轴（1-5-2）上，并放置在底座（1-1）与加载块（1-5-1）之间；所述挡板（1-6）设置有加载螺孔（1-6-1）和沉头孔一（1-6-2），其中加载螺孔（1-6-1）与加载螺钉（1-7）螺纹连接，可实现加载块（1-5-1）的加载与复位；所述固定螺钉（1-8）穿过沉头孔一（1-6-2）与固定孔（1-1-4）螺纹连接，可实现挡板（1-6）的安装固定。
3.根据权利要求1所述的一种串联式三自由度压电粘滑精密定位平台，其特征在于：所述y向驱动组件（2）包括中平台（2-1）、动子二（2-2）、安装螺钉三（2-3）、定子组件二（2-4）和连接螺钉一（2-5）；所述动子二（2-2）通过螺纹连接安装在中平台（2-1）上；所述定子组件二（2-4）通过安装螺钉三（2-3）固定在中平台（2-1）上；所述中平台（2-1）设置有安装螺孔四（2-1-1）、沉头孔二（2-1-2）、凸台（2-1-3）、安装螺孔三（2-1-4）和排线孔二（2-1-5），所述排线孔二（2-1-5）中可放置对定子组件二（2-4）和定子组件三（3-3）施加激励信号的导线；所述动子二（2-2）固定在凸台（2-1-3）上，动子二（2-2）设置有安装螺钉四（2-2-1）、定导轨二（2-2-2）、连接孔二（2-2-3）和动导轨二（2-2-4），安装螺钉四（2-2-1）与安装螺孔四（2-1-1）螺纹连接；所述定子组件二（2-4）通过安装螺孔三（2-1-4）固定在中平台（2-1）上，定子组件二（2-4）与动子二（2-2）线性接触；所述连接螺钉一（2-5）与连接孔一（1-2-5）螺纹连接，可实现y向驱动组件（2）的安装固定。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：所述θz旋转组件（3）包括上平台（3-1）、转子（3-2）、定子组件三（3-3）、安装螺钉五（3-4）和连接螺钉二（3-5）；所述定子组件三（3-3）通过安装螺钉五（3-4）固定在上平台（3-1）上；所述连接螺钉二（3-5）与连接孔二（2-2-3）螺纹连接，可实现θz旋转组件（3）的安装；所述上平台（3-1）包括圆台（3-1-1）、沉头孔三（3-1-2）、连接孔三（3-1-3）、排线孔三（3-1-4）和安装螺孔五（3-1-5），排线孔三（3-1-4）中可放置对定子组件三（3-3）施加激励信号的导线；所述转子（3-2）与圆台（3-1-1）过盈配合，通过安装螺钉五（3-4）与安装螺孔五（3-1-5）螺纹连接固定定子组件三（3-3）；所述连接螺钉二（3-5）通过沉头孔三（3-1-2）与连接孔二（2-2-3）螺纹连接，用于固定θz旋转组件（3）；所述定子组件一（1-3）、定子组件二（2-4）和定子组件三（3-3）的内部结构和连接方式完全相同；所述位移转换机构（1-3-1）采用的材料为铝合金7075；所述驱动足（1-3-1-1）表面涂有摩擦材料；所述底座（1-1）采用材料为45号钢；所述动子一（1-2）选用的导轨型号为VR3-75×10Z，所述动子二（2-2）选用的导轨型号为VR3-50×7Z；所述中平台（2-1）、上平台（3-1）和上壳（4）采用的材料均为铝合金5052。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种使用斜槽式定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述位移转换机构（1-3-1）为斜槽式框型结构，其还设置有驱动足（1-3-1-1）、加厚横梁（1-3-1-2）、斜槽（1-3-1-3）、直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）、刚性直梁Ⅰ（1-3-1-5）、直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）、刚性直梁Ⅱ（1-3-1-8）、直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）；所述刚性直梁Ⅰ（1-3-1-5）两端分别设有直圆形铰链Ⅰ（1-3-1-4）和直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6），刚性直梁Ⅱ（1-3-1-8）两端分别设置有直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）和直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）；所述驱动足（1-3-1-1）与动导轨一（1-2-3）为线性接触；所述刚性直梁Ⅰ（1-3-1-5）和刚性直梁Ⅱ（1-3-1-8）的宽度均为K，直圆形铰链Ⅰ（1-3-1-4）直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）、直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）的半径均为R，且R需满足的取值范围为K-2R>0；所述斜槽（1-3-1-3）设置在加厚横梁（1-3-1-2）中心，并可向两侧等距阵列n个；所述斜槽（1-3-1-3）的倾斜角度为α，α满足的取值范围为α<90°。
6. 根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种使用非对称定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述位移转换机构（1-3-1）为非对称框型结构，所述位移转换机构（1-3-1）设置有定子安装孔（1-3-1-10），位移转换机构(1-3-1)通过定子安装孔（1-3-1-10）固定在底座(1-1)上；位移转换机构(1-3-1)设置有直圆型铰链Ⅰ (1-3-1-4)、刚性直梁Ⅲ (1-3-1-13)、直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅴ（1-3-1-14）、刚性直梁Ⅳ（1-3-1-15）和直圆型铰链Ⅵ（1-3-1-16），所述直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）和直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）通过刚性直梁Ⅲ（1-3-1-13）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（1-3-1-14）和直圆型铰链Ⅵ（1-3-1-16）通过刚性直梁Ⅳ（1-3-1-15）刚性连接；所述直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）和直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）半径均为R1，直圆型铰链Ⅴ（1-3-1-14）和直圆型铰链Ⅵ（1-3-1-16）半径均为R2， R2与R1比值的取值范围为0.1~1；所述位移转换机构（1-3-1）还设置有驱动足（1-3-1-1）和端部横梁（1-3-1-12），驱动足（1-3-1-1）位于端部横梁(1-3-1-12)的中间处。
7.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种使用菱形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述位移转换机构（1-3-1）为菱形结构；所述位移转换机构（1-3-1）设置有驱动足（1-3-1-1）、端部横梁（1-3-1-12）、定子安装孔（1-3-1-10）、基米螺钉安装孔（1-3-1-11）、刚性折梁Ⅰ（1-3-1-17）、刚性折梁Ⅱ（1-3-1-19）、刚性折梁Ⅲ（1-3-1-21）、刚性折梁Ⅳ（1-3-1-23）、直圆型铰链Ⅶ（1-3-1-18）、直圆型铰链Ⅷ（1-3-1-20）、直圆型铰链Ⅸ（1-3-1-22）和直圆型铰链Ⅹ（1-3-1-24）；所述位移转换机构（1-3-1）通过定子安装孔（1-3-1-10）固定在底座（1-1）上，所述驱动足（1-3-1-1）位于端部横梁（1-3-1-12）的中间位置，驱动足（1-3-1-1）与动导轨一（1-2-3）线接触，所述刚性折梁Ⅰ（1-3-1-17）与刚性折梁Ⅱ（1-3-1-19）通过直圆型铰链Ⅶ（1-3-1-18）刚性连接，所述刚性折梁Ⅲ（1-3-1-21）和刚性折梁Ⅳ（1-3-1-23）通过直圆型铰链Ⅸ（1-3-1-22）刚性连接；所述直圆型铰链Ⅶ（1-3-1-18）、直圆型铰链Ⅷ（1-3-1-20）和直圆型铰链Ⅸ（1-3-1-22）具有相同的半径值R3，直圆型铰链Ⅹ（1-3-1-26）具有半径值R4，R3与R4的比值为2~5，调整圆角半径R3与R4的比值，可改变位移转换机构（1-3-1）的轴向刚度分布。
8.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种使用斜梯形定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述位移转换机构（1-3-1）为斜梯式框型结构；所述位移转换机构（1-3-1）设置有定子安装孔（1-3-1-10），通过安装螺钉二（1-4）与安装螺孔二（1-5-1-2）螺纹连接以固定定子组件（1-3）；所述位移转换机构（1-3-1）设置有刚性直梁Ⅴ（1-3-1-26）和刚性直梁Ⅵ（1-3-1-27），所述位移转换机构（1-3-1）设置有直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）、直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）和直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9），所述直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）和直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）通过刚性直梁Ⅴ（1-3-1-26）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）和直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）通过刚性直梁Ⅵ（1-3-1-27）刚性连接；所述直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）、直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）和直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）具有相同的半径值R5；所述位移转换机构（1-3-1）设置有斜梯型梁（1-3-1-25），所述斜梯型梁（1-3-1-25）与水平方向的夹角为γ，其中γ取值范围为10°~80°。
9.根据权利要求1所述的一种多自由度压电粘滑微纳定位平台，其特征在于：为一种使用双叠堆单驱动足定子组件实现方式的多自由度压电粘滑微纳定位平台，所述位移转换机构（1-3-1）为双叠堆直梁式框型结构；所述位移转换机构（1-3-1）设置有定子安装孔（1-3-1-10）、预紧螺孔（1-3-1-31）、驱动足（1-3-1-1）、横梁（1-3-1-28）、刚性直梁Ⅶ（1-3-1-29）、直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）、直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）、直圆型铰链Ⅲ（1-3-1-7）、直圆型铰链Ⅳ（1-3-1-9）、刚性横梁Ⅰ（1-3-1-30）、直圆型铰链Ⅴ（1-3-1-14）和直圆型铰链Ⅵ（1-3-1-16）；所述驱动足（1-3-1-1）位于横梁（1-3-1-28）的中间位置，通过安装螺钉二（1-4）与安装螺孔二（1-5-1-2）螺纹连接以固定定子组件（1-3），所述直圆型铰链Ⅰ（1-3-1-4）和直圆型铰链Ⅱ（1-3-1-6）通过刚性直梁Ⅶ（1-3-1-29）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（1-3-1-14）和直圆型铰链Ⅵ（1-3-1-16）通过刚性横梁Ⅰ（1-3-1-30）刚性连接。
10.一种串联式三自由度压电粘滑精密定位平台的驱动方法，该驱动方法是基于权利要求1所述的串联式三自由度压电粘滑精密定位平台实现；所述驱动方法中采用的复合激励电信号实现，复合激励电信号包括摩擦调控波和驱动波，通过将摩擦调控波复合叠加于驱动波的快速通电阶段，激发驱动定子在快速变形阶段处于微副高频共振状态，基于超声减摩效应降低快速变形阶段驱动定子与双列交叉滚柱导轨间的摩擦阻力；所述驱动波为锯齿波，所述摩擦调控波为正弦波；其中锯齿波的周期为T1，激励电压幅值为V1，对称性为S，正弦波周期为T2，激励电压幅值为V2，锯齿波与正弦波的周期比为T1/T2=100~20000，激励电压幅值比为V1/V2=2~6。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810030489.5A CN108092545B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810030489.5A CN108092545B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108092545A true CN108092545A (zh) | 2018-05-29 |
| CN108092545B CN108092545B (zh) | 2020-01-10 |
Family
ID=62182175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810030489.5A Active CN108092545B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108092545B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108696182A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-23 | 东北大学 | 一种面向多工位精密操作的旋转载物台与控制方法 |
| CN110545051A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-06 | 长春工业大学 | 一种采用非对称转化铰链的大承载式压电粘滑旋转台 |
| CN110611453A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-24 | 长春工业大学 | 高负载容量精密压电旋转平台及其驱动定位方法 |
| CN110855181A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-02-28 | 浙江师范大学 | 一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置 |
| CN110980579A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 长春工业大学 | 采用四连杆铰链定子的精密压电驱动升降平台 |
| CN111130382A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-08 | 浙江师范大学 | 一种具有弹簧机构的驱动装置 |
| CN111162693A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-15 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动平台 |
| CN111162691A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-15 | 浙江师范大学 | 一种旋转运动驱动装置 |
| CN111181437A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-19 | 浙江师范大学 | 一种可变摩擦驱动装置 |
| CN111193436A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 浙江师范大学 | 一种步进式驱动装置 |
| CN111193435A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 浙江师范大学 | 一种旋转作动器 |
| CN111245289A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-05 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法 |
| CN114257125A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-29 | 长春工业大学 | 正交菱形双模式精密压电粘滑旋转平台及其驱动方法 |
| WO2023184316A1 (zh) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 深圳华大智造科技股份有限公司 | 运动平台及相关设备 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101570040A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-11-04 | 苏州德龙激光有限公司 | 应用于LED激光切割设备的X-Y-θ运动平台 |
| CN103104793A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-15 | 重庆大学 | 一体式六自由度精密定位平台 |
| CN103252761A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-21 | 合肥工业大学 | 具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统 |
| CN104320016A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 吉林大学 | 基于粘滑惯性的串联式三自由度压电精密驱动平台 |
| CN105666162A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-06-15 | 南京航空航天大学 | 宏微双重驱动精密楔形进给工作台及运动产生方法 |
| CN105720859A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-06-29 | 吉林大学 | 基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台 |
| CN105827140A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105827142A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105827141A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
-
2018
- 2018-01-12 CN CN201810030489.5A patent/CN108092545B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101570040A (zh) * | 2009-04-30 | 2009-11-04 | 苏州德龙激光有限公司 | 应用于LED激光切割设备的X-Y-θ运动平台 |
| CN103104793A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-15 | 重庆大学 | 一体式六自由度精密定位平台 |
| CN103252761A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-21 | 合肥工业大学 | 具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统 |
| CN104320016A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 吉林大学 | 基于粘滑惯性的串联式三自由度压电精密驱动平台 |
| CN105666162A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-06-15 | 南京航空航天大学 | 宏微双重驱动精密楔形进给工作台及运动产生方法 |
| CN105720859A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-06-29 | 吉林大学 | 基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台 |
| CN105827140A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105827142A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105827141A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108696182A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-10-23 | 东北大学 | 一种面向多工位精密操作的旋转载物台与控制方法 |
| CN108696182B (zh) * | 2018-05-30 | 2019-06-07 | 东北大学 | 一种面向多工位精密操作的旋转载物台与控制方法 |
| CN110855181A (zh) * | 2019-04-08 | 2020-02-28 | 浙江师范大学 | 一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置 |
| CN110855181B (zh) * | 2019-04-08 | 2023-09-12 | 浙江师范大学 | 一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置 |
| CN110545051A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-06 | 长春工业大学 | 一种采用非对称转化铰链的大承载式压电粘滑旋转台 |
| CN110611453A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-24 | 长春工业大学 | 高负载容量精密压电旋转平台及其驱动定位方法 |
| CN110980579A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 长春工业大学 | 采用四连杆铰链定子的精密压电驱动升降平台 |
| CN110980579B (zh) * | 2019-12-26 | 2021-01-19 | 长春工业大学 | 采用四连杆铰链定子的精密压电驱动升降平台 |
| CN111193436A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 浙江师范大学 | 一种步进式驱动装置 |
| CN111181437A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-19 | 浙江师范大学 | 一种可变摩擦驱动装置 |
| CN111162691A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-15 | 浙江师范大学 | 一种旋转运动驱动装置 |
| CN111193435A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-22 | 浙江师范大学 | 一种旋转作动器 |
| CN111245289A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-05 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法 |
| CN111162693A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-15 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动平台 |
| CN111162691B (zh) * | 2020-01-08 | 2023-08-25 | 浙江师范大学 | 一种旋转运动驱动装置 |
| CN111130382A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-08 | 浙江师范大学 | 一种具有弹簧机构的驱动装置 |
| CN111181437B (zh) * | 2020-01-08 | 2023-09-29 | 浙江师范大学 | 一种可变摩擦驱动装置 |
| CN111245289B (zh) * | 2020-01-08 | 2023-12-08 | 浙江师范大学 | 一种压电驱动的旋转运动装置及其控制方法 |
| CN111193436B (zh) * | 2020-01-08 | 2024-04-23 | 浙江师范大学 | 一种步进式驱动装置 |
| CN114257125A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-29 | 长春工业大学 | 正交菱形双模式精密压电粘滑旋转平台及其驱动方法 |
| WO2023184316A1 (zh) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 深圳华大智造科技股份有限公司 | 运动平台及相关设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108092545B (zh) | 2020-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108092545A (zh) | 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 | |
| CN1027667C (zh) | 向物体施加力的装置 | |
| CN105827142B (zh) | 非对称结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN105897044B (zh) | 斜楔式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 | |
| CN108306546B (zh) | 紧凑型双致动组件压电粘滑驱动装置及其驱动方法 | |
| CN105827140B (zh) | 斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN108233764A (zh) | 采用异形铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置 | |
| CN104582910B (zh) | 液压致动器系统 | |
| CN111181436B (zh) | 二次激励摩擦压电旋转驱动器 | |
| CN107953120A (zh) | 压电粘滑微纳角位移台及其驱动方法 | |
| CN105827144B (zh) | 斜梯形正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 | |
| CN108023500B (zh) | 可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置 | |
| CN207677649U (zh) | 可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置 | |
| CN107947629A (zh) | 双压电叠堆驱动型精密旋转驱动装置 | |
| CN110601594A (zh) | 一种多足耦合致动式微纳直线驱动器及其激励方法 | |
| CN105897043B (zh) | 菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 | |
| CN108712104B (zh) | 一种寄生式压电粘滑驱动器 | |
| CN205754055U (zh) | 具有菱形铰链拨片式运动转换器的压电粘滑直线驱动装置 | |
| CN108062968A (zh) | 长行程高精度压电位移台及其驱动方法 | |
| CN105932901B (zh) | 斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 | |
| CN106026766B (zh) | 菱形铰链拨片式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 | |
| CN110912448A (zh) | 一种基于非对称三角形圆弧式柔性铰链机构的新型高效压电旋转精密驱动平台 | |
| CN109768733A (zh) | 一种两次转动型压电旋转驱动器 | |
| CN208548841U (zh) | 一种寄生式压电粘滑驱动器 | |
| CN207720042U (zh) | 采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cheng Tinghai Inventor after: Yu Yang Inventor after: Gao Qi Inventor after: Lu Xiaohui Inventor after: Wang Yingting Inventor after: Li Yikang Inventor after: Zhang Xiaosong Inventor before: Cheng Tinghai Inventor before: Gao Qi Inventor before: Lu Xiaohui Inventor before: Wang Yingting Inventor before: Li Yikang Inventor before: Zhang Xiaosong |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |