CN108092549A - 紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 - Google Patents
紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108092549A CN108092549A CN201810030507.XA CN201810030507A CN108092549A CN 108092549 A CN108092549 A CN 108092549A CN 201810030507 A CN201810030507 A CN 201810030507A CN 108092549 A CN108092549 A CN 108092549A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hinge
- straight round
- straight
- stator
- rigid
- 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 44
- 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 abstract description 48
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 64
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 44
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 44
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 44
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 22
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 16
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 241000256247 Spodoptera exigua Species 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 3
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001008 7075 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910001344 5052 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/12—Constructional details
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- 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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
Abstract
一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，以解决当前电磁电机式驱动平台存在的定位精度较低、工作环境要求苛刻以及当前的压电驱动平台存在的行程小、磨损严重、控制复杂和摩擦力综合调控困难等问题。本发明涉及的升降平台包括限位台、位移台、双列交叉滚柱导轨、固定基座、驱动定子、螺纹副、端盖、端盖安装螺钉、定子安装螺钉、限位台螺钉、位移台螺钉和导轨安装螺栓。所提出的紧凑型精密压电粘滑升降平台具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大和控制方便等优点，此外，本发明实现了对精密压电粘滑驱动平台整个驱动过程的摩擦力综合调控，提升了平台的机械输出特性，开环条件下定位精度可达纳米级，被广泛应用于精密驱动与定位技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法，属于精密驱动与定位技术领域。
背景技术
压电驱动技术是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的新型驱动方式，与传统的电磁驱动方式相比，具有低速大转矩（推力）、力矩密度高、设计灵活、结构紧凑、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰以及可不使用轴承和润滑等优点，在机器人关节驱动、精密仪器仪表、超精密加工、航空航天以及生命科学等领域均具有广泛的应用前景，是近年来精密特种驱动技术领域研究的热点之一。
精密驱动平台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。精密驱动平台按照驱动方式主要可分为电磁电机驱动的精密驱动平台和压电驱动的精密驱动平台。目前多数采用的是电磁电机的驱动方式，虽然平台可实现较大的行程，但是普遍存在定位精度较低且工作环境要求苛刻等问题；为了满足上述高端技术领域对高精度驱动装置的需求，使得压电驱动技术得到了迅速发展。当前基于压电驱动的精密平台主要包括直动式压电驱动平台、尺蠖式压电驱动平台以及粘滑式压电驱动平台等，直动式压电驱动平台由于运动行程小的缺陷影响了其在微纳精密驱动技术领域的应用，尺蠖式压电驱动平台存在控制复杂且动子与定子间磨损严重等问题，而压电粘滑驱动平台因具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大和控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位技术领域。此外，当前的驱动平台还存在摩擦力调控困难等问题，很难使其维持高效的运动输出。因此，为了克服直动式压电驱动平台和尺蠖式压电驱动平台存在的技术问题以及平台存在的摩擦力调控困难等问题，基于粘滑驱动原理设计一种可实现高精度、易微型化以及寿命长的精密驱动平台显得尤为迫切和需要。
发明内容
为解决已有的驱动平台存在的工作行程受限、定位精度低、摩擦磨损严重、工作环境要求苛刻、难于微型化以及控制复杂等问题，本发明公开一种紧凑型精密压电粘滑升降平台。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台包括限位台、位移台、双列交叉滚柱导轨、固定基座、驱动定子、螺纹副、端盖、端盖安装螺钉、定子安装螺钉、限位台螺钉、位移台螺钉和导轨安装螺栓；所述限位台通过限位台螺钉安装在固定基座上，位移台通过位移台螺钉安装固定在双列交叉滚柱导轨上，双列交叉滚柱导轨通过导轨安装螺栓安装在固定基座上，驱动定子通过定子安装螺钉固定在固定基座上，螺纹副胶粘固定安装在固定基座上，端盖通过端盖安装螺钉安装在固定基座上。
所述限位台设置有限位方形孔和限位台安装孔；所述位移台设置有上位移台、滚珠导轨和下位移台，所述限位方形孔与上位移台滑动接触配合，所述限位台安装孔与限位台螺钉将限位台安装在固定基座上，所述上位移台和下位移台材料为铝合金，所述下位移台设置有下位移台安装孔和滑移平面，下位移台安装孔与位移台螺钉将下位移台安装在固定基座上，滑移平面通过滚珠导轨与上位移台滚动接触配合。
所述双列交叉滚柱导轨包括固定导轨、导轨限位螺栓、连接孔、活动导轨、双列交叉滚柱导轨保持架；所述固定导轨通过导轨安装螺栓固定，固定导轨和活动导轨中间设置有双列交叉滚柱导轨保持架，所述活动导轨端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述导轨限位螺栓安装在固定导轨和活动导轨的两端进行限位，所述连接孔通过位移台螺钉将下位移台固定在活动导轨上。
所述固定基座采用“L”字型结构，所述固定基座设置有限位台安装平面、限位台螺纹安装孔、导轨安装平面、导轨螺纹安装孔、固定基座安装孔、定子安装螺纹孔、端盖安装螺纹孔和螺纹副安装孔；所述限位台螺纹安装孔通过与限位台螺钉进行螺纹连接将限位台固定在限位台安装平面上，导轨螺纹安装孔通过与导轨安装螺栓进行螺纹连接可将双列交叉滚柱导轨固定在导轨安装平面上，固定基座通过固定基座安装孔与其它外围装置进行固定连接，定子安装螺纹孔与定子安装螺钉可固定驱动定子，端盖安装螺纹孔与端盖安装螺钉进行螺纹连接将端盖固定，螺纹副安装孔与螺纹副通过胶粘连接固定。
所述驱动定子包括柔性铰链机构、叠堆型压电陶瓷、调整垫片和基米螺钉；所述叠堆型压电陶瓷通过调整垫片和基米螺钉固定在柔性铰链机构内。所述柔性铰链机构设置有驱动足、横梁、定子安装孔、基米螺钉安装孔、刚性直梁、直圆型铰链Ⅰ、刚性横梁、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅳ、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，驱动足与活动导轨线接触，驱动足的表面涂有摩擦材料，所述定子安装孔通过定子安装螺钉将驱动定子固定在固定基座的定子安装螺纹孔上，所述基米螺钉安装孔与基米螺钉螺纹连接将叠堆型压电陶瓷预紧，通过调节基米螺钉的旋合圈数来调节叠堆型压电陶瓷的预紧力，所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅳ通过刚性横梁刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ和直圆型铰链Ⅲ通过刚性直梁刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ通过刚性直梁刚性连接。
所述螺纹副包括螺母基体、锁紧螺母和螺栓；所述螺母基体通过胶粘固定在螺纹副安装孔上，所述锁紧螺母与螺栓螺纹配合连接，通过改变锁紧螺母与螺栓的相对位置可调节双列交叉滚柱导轨和驱动定子间的预紧力。所述端盖为铝合金材料，端盖包括端盖安装孔和通线孔；所述端盖安装孔通过端盖安装螺钉将端盖固定在固定基座的端盖安装螺纹孔上。
所述驱动定子的直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ具有相同的圆角半径为R1，所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅳ具有相同的圆角半径为R2，R1和R2的比值为D，D的取值范围为1.5~4.5。
或为一种菱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述菱形定子组件的柔性铰链机构采用非对称菱形结构铰链，所述柔性铰链机构设置有驱动足、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Ⅷ、直圆型铰链Ⅶ、直圆型铰链Ⅹ和直圆型铰链Ⅸ；所述驱动足位于端部横梁的中间位置，驱动足与活动导轨线接触；所述柔性铰链机构通过定子安装孔固定在固定基座的定子安装螺纹孔上；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与刚性折梁Ⅳ通过直圆型铰链Ⅸ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅷ和直圆型铰链Ⅶ通过刚性折梁Ⅰ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅹ和直圆型铰链Ⅸ通过刚性折梁Ⅲ刚性连接；所述直圆型铰链Ⅷ、直圆型铰链Ⅶ和直圆型铰链Ⅸ具有相同的圆角半径值R3，直圆型铰链Ⅹ具有圆角半径值R4，R3与R4的比值为2~5。
或为一种斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述一种斜梯型定子组件的柔性铰链机构采用斜梯式框型结构的柔性铰链，所述柔性铰链机构设置有定子安装孔，通过定子安装螺钉将柔性铰链机构与固定基座固定；所述柔性铰链机构设置有刚性直梁Ⅴ和刚性直梁Ⅵ，所述柔性铰链机构设置有直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ，所述直圆型铰链Ⅱ和直圆型铰链Ⅲ通过刚性直梁Ⅵ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Ⅴ刚性连接；所述刚性直梁Ⅴ和刚性直梁Ⅵ之间的距离为H，所述直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅴ和直圆型铰链Ⅵ具有相同的圆角半径值R8，其中R8/H的取值范围0.017~0.09；所述柔性铰链机构设置有斜梯型梁，斜梯型梁的长度为I，其中I/H取值范围为1.5~4；所述驱动足端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，驱动足驱动双列交叉滚柱导轨运动。
或为一种改进斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述一种改进斜梯型定子组件的柔性铰链机构设置有驱动足、定子安装孔、基米螺钉安装孔、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅵ、改进斜梯梁、非对称横梁、刚性直梁Ⅶ和刚性直梁Ⅷ；所述直圆型铰链Ⅲ和直圆型铰链Ⅱ通过刚性直梁Ⅷ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅵ与刚性直梁Ⅶ底端刚性连接，刚性直梁Ⅶ和刚性直梁Ⅷ通过连接直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅵ和直圆型铰链Ⅱ保证定子在堆叠伸长方向的伸长量，并且可增大垂直于堆叠方向的主运动；所述直圆型铰链Ⅲ和改进斜梯梁通过非对称横梁刚性连接；所述驱动足与活动导轨之间采用线接触方式，所述定子安装孔通过定子安装螺钉与定子安装螺纹孔进行螺纹配合将驱动定子固定，其基米螺钉安装孔采用螺纹配合安装基米螺钉；所述改进斜梯梁设置有长边、短边和斜边，长边长度为J，短边长度为K，斜边长度为M，斜边与短边的夹角为θ，长边J与短边K的比值为N=J/K，其中N的取值为1～5；所述直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅵ和直圆型铰链Ⅱ具有相同的圆角半径值R9，R9的取值范围为0.1～1.2 mm；所述驱动足半径为R10，厚度为O，圆角半径值R9和厚度O的比值为P=R9/O，P的取值范围为0.2～0.5；
或为一种双堆叠拱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述一种双堆叠拱形定子组件的柔性铰链机构设置有驱动足、横梁、定子安装孔、基米螺钉安装孔、椭圆型铰链Ⅱ、椭圆型铰链Ⅰ、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，所述驱动足端部涂有摩擦材料，驱动足与活动导轨线接触，用于驱动活动导轨；所述定子安装孔用于固定柔性铰链机构，所述基米螺钉安装孔通过与基米螺钉螺纹连接固定叠堆型压电陶瓷；所述刚性横梁Ⅱ位于柔性铰链机构的中心位置，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，所述刚性曲梁Ⅰ、刚性曲梁Ⅱ、椭圆型铰链Ⅰ和刚性横梁Ⅱ组成的框型结构可以实现活动导轨沿双列交叉滚柱导轨向右运动，所述刚性横梁Ⅱ、椭圆型铰链Ⅱ、刚性曲梁Ⅲ和刚性曲梁Ⅳ组成的框型结构实现活动导轨沿双列交叉滚柱导轨向左运动；
或为一种双堆叠双驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述双堆叠双驱动足定子组件的柔性铰链机构设置有端部横梁、定子安装孔、基米螺钉安装孔、直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ、直圆型铰链Ⅳ、直圆型铰链Ⅴ、直圆型铰链Ⅵ、双驱动足、直圆型凹槽、刚性直梁Ⅸ、刚性横梁Ⅲ和刚性直梁Ⅹ；所述端部横梁用于传递叠堆型压电陶瓷的作用力，所述定子安装孔用于固定柔性铰链机构；所述基米螺钉安装孔与基米螺钉进行螺纹连接预紧叠堆型压电陶瓷；所述直圆型铰链Ⅰ和直圆型铰链Ⅳ通过刚性横梁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Ⅸ刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ和直圆型铰链Ⅲ通过刚性直梁Ⅹ进行刚性连接，所述直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅳ、刚性横梁Ⅲ、直圆型铰链Ⅰ、刚性直梁Ⅸ和直圆型铰链Ⅵ组成的框型结构可以实现活动导轨沿双列交叉滚柱导轨向右运动，所述直圆型铰链Ⅰ、直圆型铰链Ⅳ、刚性横梁Ⅲ、直圆型铰链Ⅱ、直圆型铰链Ⅲ和刚性直梁Ⅹ组成的框型结构可以实现活动导轨沿双列交叉滚柱导轨向左运动。所述双驱动足位于端部横梁中心轴线位置，双驱动足端部涂有摩擦类材料。
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。
本发明的有益效果是：本发明采用具有摩擦力综合调控功能的驱动定子结构，增大驱动定子缓慢变形驱动阶段驱动定子与双列交叉滚柱导轨间摩擦驱动力，降低定子快速变形驱动阶段驱动定子与双列交叉滚柱导轨间摩擦阻力，实现对精密压电粘滑驱动平台整个驱动过程的摩擦力进行综合调控，可显著提升平台的机械输出特性，开环条件下平台的定位精度可达纳米级。与当前已有技术相比，结构简单紧凑、装配方便、易于微型化以及方便控制。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的限位台结构示意图；
图3所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的位移台结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的下位移台结构示意图；
图5所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的双列交叉滚柱导轨结构示意图；
图6所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的固定基座结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的驱动定子结构示意图；
图8所示为本发明提出的一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图9所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的螺纹副结构示意图；
图10所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的端盖结构示意图；
图11所示为本发明提出的一种菱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图12所示为本发明提出的一种菱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图13所示为本发明提出的一种斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图14所示为本发明提出的一种斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图15所示为本发明提出的一种改进斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图16所示为本发明提出的一种改进斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图17所示为本发明提出的一种双堆叠拱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图18所示为本发明提出的一种双堆叠拱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图19所示为本发明提出的一种双堆叠双驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的结构示意图；
图20所示为本发明提出的一种双堆叠双驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的柔性铰链机构结构示意图；
图21所示为本发明提出的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的驱动信号波形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图10说明本实施方式。本实施方式提供一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台的具体实施方案。所述一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台包括限位台1、位移台2、双列交叉滚柱导轨3、固定基座4、驱动定子5、螺纹副6、端盖7、端盖安装螺钉8、定子安装螺钉9、限位台螺钉10、位移台螺钉11和导轨安装螺栓12；所述限位台1通过限位台螺钉10安装在固定基座4上，位移台2通过位移台螺钉11安装固定在双列交叉滚柱导轨3上，双列交叉滚柱导轨3通过导轨安装螺栓12安装在固定基座4上，驱动定子5通过定子安装螺钉9固定在固定基座4上，螺纹副6胶粘固定安装在固定基座4上，端盖7通过端盖安装螺钉8安装在固定基座4上。
所述限位台1设置有限位方形孔1-1和限位台安装孔1-2；所述位移台2设置有上位移台2-1、滚珠导轨2-2和下位移台2-3，所述限位方形孔1-1与上位移台2-1滑动接触配合，所述限位台安装孔1-2与限位台螺钉10将限位台1安装在固定基座4上，所述上位移台2-1和下位移台2-3材料为铝合金，所述下位移台2-3设置有下位移台安装孔2-3-1和滑移平面2-3-2，下位移台安装孔2-3-1与位移台螺钉11将下位移台2-3安装在固定基座4上，滑移平面2-3-2通过滚珠导轨2-2与上位移台2-1滚动接触配合。
所述双列交叉滚柱导轨3包括固定导轨3-1、导轨限位螺栓3-2、连接孔3-3、活动导轨3-4、双列交叉滚柱导轨保持架3-5；所述固定导轨3-1通过导轨安装螺栓12固定，固定导轨3-1和活动导轨3-4中间设置有双列交叉滚柱导轨保持架3-5，所述活动导轨3-4端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述导轨限位螺栓3-2安装在固定导轨3-1和活动导轨3-4的两端进行限位，所述连接孔3-3通过位移台螺钉11将下位移台2-3固定在活动导轨3-4上。
所述固定基座4采用“L”字型结构，所述固定基座4设置有限位台安装平面4-1、限位台螺纹安装孔4-2、导轨安装平面4-3、导轨螺纹安装孔4-4、固定基座安装孔4-5、定子安装螺纹孔4-6、端盖安装螺纹孔4-7和螺纹副安装孔4-8；所述限位台螺纹安装孔4-2通过与限位台螺钉10进行螺纹连接将限位台1固定在限位台安装平面4-1上，导轨螺纹安装孔4-4通过与导轨安装螺栓12进行螺纹连接可将双列交叉滚柱导轨3固定在导轨安装平面4-3上，固定基座4通过固定基座安装孔4-5与其它外围装置进行固定连接，定子安装螺纹孔4-6与定子安装螺钉9可固定驱动定子5，端盖安装螺纹孔4-7与端盖安装螺钉8进行螺纹连接将端盖7固定，螺纹副安装孔4-8与螺纹副6通过胶粘连接固定。
所述驱动定子5包括柔性铰链机构5-1、叠堆型压电陶瓷5-2、调整垫片5-3和基米螺钉5-4；所述叠堆型压电陶瓷5-2通过调整垫片5-3和基米螺钉5-4固定在柔性铰链机构5-1内；所述柔性铰链机构5-1设置有驱动足5-1-1、横梁5-1-2、定子安装孔5-1-4、基米螺钉安装孔5-1-6、刚性直梁5-1-8、直圆型铰链Ⅰ5-1-9、刚性横梁5-1-10、直圆型铰链Ⅱ5-1-13、直圆型铰链Ⅲ5-1-14、直圆型铰链Ⅳ5-1-15、直圆型铰链Ⅴ5-1-16和直圆型铰链Ⅵ5-1-17；所述驱动足5-1-1位于横梁5-1-2的中间位置，驱动足5-1-1与活动导轨3-4滑动接触，驱动足5-1-1的表面涂有摩擦材料，所述定子安装孔5-1-4通过定子安装螺钉9将驱动定子5固定在固定基座4的定子安装螺纹孔4-6上，所述基米螺钉安装孔5-1-6与基米螺钉5-4螺纹连接将叠堆型压电陶瓷5-2预紧，通过调节基米螺钉5-4的旋合圈数来调节叠堆型压电陶瓷5-2的预紧力，所述直圆型铰链Ⅰ5-1-9和直圆型铰链Ⅳ5-1-15通过刚性横梁5-1-10刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ5-1-13和直圆型铰链Ⅲ5-1-14通过刚性直梁5-1-8刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ5-1-16和直圆型铰链Ⅵ5-1-17通过刚性直梁5-1-8刚性连接。
所述螺纹副6包括螺母基体6-1、锁紧螺母6-2和螺栓6-3；所述螺母基体6-1通过胶粘固定在螺纹副安装孔4-8上，所述锁紧螺母6-2与螺栓6-3螺纹配合连接，通过改变锁紧螺母6-2与螺栓6-3的相对位置可调节双列交叉滚柱导轨3和驱动定子5间的预紧力。所述端盖7为铝合金材料，端盖7包括端盖安装孔7-1和通线孔7-2；所述端盖安装孔7-1通过端盖安装螺钉8将端盖7固定在固定基座4的端盖安装螺纹孔4-7上。
所述驱动定子5的直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅴ5-1-16和直圆型铰链Ⅵ 5-1-17具有相同的圆角半径为R1，所述直圆型铰链Ⅰ 5-1-9和直圆型铰链Ⅳ 5-1-15具有相同的圆角半径为R2，R1和R2的比值为D，D的取值范围为1.5~4.5。
具体实施方式二：结合图11~图12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紧凑型精密压电粘滑升降平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于驱动定子5中的柔性铰链机构5-1的具体结构不同。
所述柔性铰链机构5-1采用5052、6061或7075铝合金材料，柔性铰链机构5-1采用非对称菱形结构铰链。所述柔性铰链机构5-1设置有驱动足5-1-1、端部横梁5-1-3、定子安装孔5-1-4、基米螺钉安装孔5-1-6、刚性折梁Ⅰ 5-1-20、刚性折梁Ⅱ 5-1-21、刚性折梁Ⅲ5-1-22、刚性折梁Ⅳ 5-1-23、直圆型铰链Ⅷ 5-1-24、直圆型铰链Ⅶ 5-1-25、直圆型铰链Ⅹ5-1-26和直圆型铰链Ⅸ 5-1-27。所述驱动足5-1-1位于端部横梁5-1-3的中间位置，驱动足5-1-1与活动导轨3-4线接触，所述驱动足5-1-1的表面涂有耐摩擦材料；所述柔性铰链机构5-1通过定子安装孔5-1-4固定在固定基座4的定子安装螺纹孔4-6上；所述刚性折梁Ⅰ 5-1-20与刚性折梁Ⅱ 5-1-21通过直圆型铰链Ⅶ 5-1-25刚性连接，所述刚性折梁Ⅲ 5-1-22与刚性折梁Ⅳ 5-1-23通过直圆型铰链Ⅸ 5-1-27刚性连接，所述直圆型铰链Ⅷ 5-1-24和直圆型铰链Ⅶ 5-1-25通过刚性折梁Ⅰ 5-1-20刚性连接，所述直圆型铰链Ⅹ 5-1-26和直圆型铰链Ⅸ 5-1-27通过刚性折梁Ⅲ 5-1-22刚性连接。所述直圆型铰链Ⅷ 5-1-24、直圆型铰链Ⅶ 5-1-25和直圆型铰链Ⅸ 5-1-27具有相同的圆角半径值R3，直圆型铰链Ⅹ 5-1-26具有圆角半径值R4，R3与R4的比值为2~5，调整圆角半径R3与R4的比值，可改变柔性铰链机构5-1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，引起柔性铰链机构5-1的轴向刚度分布不均匀，在叠堆型压电陶瓷5-2的作用下产生轴向振动位移时，柔性铰链机构5-1的轴线会发生偏转产生侧向位移，借助于驱动足5-1-1实现柔性铰链机构5-1的运动输出。
具体实施方式三：结合图13~图14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紧凑型精密压电粘滑升降平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于驱动定子5中的柔性铰链机构5-1的具体结构不同。
所述柔性铰链机构5-1采用斜梯式框型结构的柔性铰链，所述柔性铰链机构5-1采用5052铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料。所述柔性铰链机构5-1设置有定子安装孔5-1-4，通过定子安装螺钉9将柔性铰链机构5-1与定子安装螺纹孔4-6固定；所述柔性铰链机构5-1设置有刚性直梁Ⅴ 5-1-50和刚性直梁Ⅵ 5-1-51，所述柔性铰链机构5-1设置有直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅴ 5-1-16和直圆型铰链Ⅵ 5-1-17，所述直圆型铰链Ⅱ 5-1-13和直圆型铰链Ⅲ 5-1-14通过刚性直梁Ⅵ 5-1-51刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ 5-1-16和直圆型铰链Ⅵ 5-1-17通过刚性直梁Ⅴ 5-1-50刚性连接；所述刚性直梁Ⅴ 5-1-50和刚性直梁Ⅵ 5-1-51之间的距离为H，所述直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅴ 5-1-16和直圆型铰链Ⅵ5-1-17具有相同的圆角半径值R8，其中R8/H的取值范围0.017~0.09，可以保证柔性铰链机构5-1具有位移放大能力，本实施方式中R8=1mm，H=12mm。所述柔性铰链机构5-1设置有斜梯型梁5-1-21，斜梯型梁5-1-21的长度为I，其中I/H取值范围为1.5~4；所述驱动定子5通过柔性铰链机构5-1进行位移放大，所述斜梯型梁5-1-21沿轴向刚度分布不均而产生侧向位移，增大了缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小了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；所述驱动足5-1-1端面相应涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述驱动足5-1-1驱动双列交叉滚柱导轨3运动。
具体实施方式四：结合图15~图16说明本实施方式。本实施方式提供了一种改进斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于驱动定子5中的柔性铰链机构5-1的具体结构不同。
所述柔性铰链机构5-1设置有驱动足5-1-1、定子安装孔5-1-4、基米螺钉安装孔5-1-6、直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅵ 5-1-17、改进斜梯梁5-1-23、非对称横梁5-1-24、刚性直梁Ⅶ 5-1-42和刚性直梁Ⅷ 5-1-43；所述直圆型铰链Ⅲ5-1-14和直圆型铰链Ⅱ5-1-13通过刚性直梁Ⅷ 5-1-43刚性连接，所述直圆型铰链Ⅵ 5-1-17与刚性直梁Ⅶ 5-1-42底端刚性连接，刚性直梁Ⅶ 5-1-42和刚性直梁Ⅷ 5-1-43通过连接直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅵ 5-1-17和直圆型铰链Ⅱ 5-1-13可以促进定子在堆叠伸长方向的伸长量，并且可增大垂直于堆叠方向的主运动。所述直圆型铰链Ⅲ 5-1-14和改进斜梯梁5-1-23通过非对称横梁5-1-24刚性连接，可以使改进斜梯梁5-1-23稳定输出；所述驱动足5-1-1与活动导轨3-4之间采用线接触方式，所述定子安装孔5-1-4通过定子安装螺钉9与定子安装螺纹孔3-2进行螺纹配合将驱动定子5固定，其基米螺钉安装孔5-1-6采用螺纹配合安装基米螺钉5-4；所述改进斜梯梁5-1-23设置有长边、短边和斜边，长边长度为J，短边长度为K，斜边长度为M，斜边与短边的夹角为θ，长边J与短边K的比值为N=J/K，其中N的取值为1～5；本具体实施方式中长边与短边的比值N具体取值为2.5。所述直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅵ 5-1-17和直圆型铰链Ⅱ 5-1-13具有相同的圆角半径值R9，R9的取值范围为0.1～1.2 mm；所述驱动足5-1-1半径为R10，厚度为O，圆角半径值R9和厚度O的比值为P=R9/O，P的取值范围为0.2～0.5。
具体实施方式五：结合图17~图18说明本实施方式。本实施方式提供了一种双堆叠拱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于驱动定子5中的柔性铰链机构5-1的具体结构不同。
所述柔性铰链机构5-1设置有驱动足5-1-1、横梁5-1-2、定子安装孔5-1-4、基米螺钉安装孔5-1-6、椭圆型铰链Ⅱ 5-1-5、椭圆型铰链Ⅰ 5-1-45、刚性横梁Ⅱ 5-1-10、刚性曲梁Ⅰ 5-1-60、刚性曲梁Ⅱ 5-1-61、刚性曲梁Ⅲ 5-1-62和刚性曲梁Ⅳ 5-1-63。所述驱动足5-1-1位于横梁5-1-2的中间位置，所述驱动足5-1-1端部涂有摩擦材料，驱动足5-1-1与活动导轨3-4线接触，用于驱动活动导轨3-4。所述定子安装孔5-1-4用于固定柔性铰链机构5-1，所述基米螺钉安装孔5-1-6通过与基米螺钉5-4螺纹连接固定叠堆型压电陶瓷5-2。所述刚性横梁Ⅱ 5-1-10位于柔性铰链机构5-1的中心位置，所述刚性曲梁Ⅰ 5-1-60和刚性曲梁Ⅱ 5-1-61通过椭圆型铰链Ⅰ 5-1-45刚性连接，所述刚性曲梁Ⅲ 5-1-62和刚性曲梁Ⅳ 5-1-63通过椭圆型铰链Ⅱ 5-1-5刚性连接，所述刚性曲梁Ⅰ 5-1-60、刚性曲梁Ⅱ 5-1-61、椭圆型铰链Ⅰ 5-1-45和刚性横梁Ⅱ 5-1-10组成的框型结构可以实现活动导轨3-4沿双列交叉滚柱导轨3向右运动，所述刚性横梁Ⅱ 5-1-10、椭圆型铰链Ⅱ 5-1-5、刚性曲梁Ⅲ 5-1-62和刚性曲梁Ⅳ 5-1-63组成的框型结构可以实现活动导轨3-4沿双列交叉滚柱导轨3向左运动。
具体实施方式六：结合图19~图20说明本实施方式。本实施方式提供了一种双堆叠双驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台。其结构组成和连接方式与具体实施方式一相同，区别在于驱动定子5中的柔性铰链机构5-1的具体结构不同。
所述柔性铰链机构5-1设置有端部横梁5-1-3、定子安装孔5-1-4、基米螺钉安装孔5-1-6、直圆型铰链Ⅰ 5-1-9、直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14、直圆型铰链Ⅳ5-1-15、直圆型铰链Ⅴ 5-1-16、直圆型铰链Ⅵ 5-1-17、双驱动足5-1-70、直圆型凹槽5-1-71、刚性直梁Ⅸ 5-1-72、刚性横梁Ⅲ 5-1-73和刚性直梁Ⅹ 5-1-74。所述端部横梁5-1-3用于传递叠堆型压电陶瓷5-2的作用力，所述定子安装孔5-1-4用于固定柔性铰链机构5-1。所述基米螺钉安装孔5-1-6与基米螺钉5-4进行螺纹连接预紧叠堆型压电陶瓷5-2。所述直圆型铰链Ⅰ 5-1-9和直圆型铰链Ⅳ 5-1-15通过刚性横梁Ⅲ 5-1-73刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ 5-1-16和直圆型铰链Ⅵ 5-1-17通过刚性直梁Ⅸ 5-1-72刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ 5-1-13和直圆型铰链Ⅲ 5-1-14通过刚性直梁Ⅹ 5-1-74进行刚性连接，所述直圆型铰链Ⅰ 5-1-9、直圆型铰链Ⅳ 5-1-15、刚性横梁Ⅲ 5-1-73、直圆型铰链Ⅰ 5-1-9、刚性直梁Ⅸ5-1-72和直圆型铰链Ⅵ 5-1-17组成的框型结构可以实现活动导轨3-4沿双列交叉滚柱导轨3向右运动，所述直圆型铰链Ⅰ 5-1-9、直圆型铰链Ⅳ 5-1-15、刚性横梁Ⅲ 5-1-73、直圆型铰链Ⅱ 5-1-13、直圆型铰链Ⅲ 5-1-14和刚性直梁Ⅹ 5-1-74组成的框型结构可以实现活动导轨3-4沿双列交叉滚柱导轨3向左运动。所述双驱动足5-1-70位于端部横梁5-1-3中心轴线位置，驱动足端部涂有摩擦类材料。
具体实施方式七：结合图21说明本实施方式，本实施方式提供了一种紧凑型精密压电粘滑升降平台驱动方法的具体实施方式，所述一种紧凑型精密压电粘滑升降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：紧凑型精密压电粘滑升降平台在激励电信号的激励下，驱动定子带动双列交叉滚柱导轨的活动导轨运动，由于活动导轨与限位台的下位移台通过位移台螺钉刚性连接，实现驱动平台的运动输出。此外，具有非对称结构特性的驱动定子可以综合调控驱动定子与双列交叉滚柱导轨间的摩擦力，具体表现如下：在驱动定子缓慢变形驱动阶段，双列交叉滚柱导轨在静摩擦力作用下随着驱动定子一起发生缓慢的“粘”运动，此时静摩擦力提供驱动力，增大驱动定子与双列交叉滚柱导轨间摩擦力可提升平台的输出性能；在驱动定子快速变形驱动阶段，驱动定子与双列交叉滚柱导轨间产生的滑动摩擦力为摩擦阻力，特别是当双列交叉滚柱导轨惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致其产生回退运动，劣化输出性能，影响定位精度，此时设法降低驱动定子与双列交叉滚柱导轨滑动摩擦阻力，可改善驱动平台综合输出特性。
综上所述，本发明提供一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，以解决当前电磁电机式驱动平台存在的定位精度较低、工作环境要求苛刻以及压电驱动平台存在的行程小、磨损严重、控制复杂和摩擦力综合调控困难等问题，所提出的紧凑型精密压电粘滑升降平台具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大和控制方便等优点，广泛应用于精密驱动与定位技术领域。
Claims (10)
1.一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种双堆叠单驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台；该升降平台包括限位台（1）、位移台（2）、双列交叉滚柱导轨（3）、固定基座（4）、驱动定子（5）、螺纹副（6）、端盖（7）、端盖安装螺钉（8）、定子安装螺钉（9）、限位台螺钉（10）、位移台螺钉（11）和导轨安装螺栓（12）；所述限位台（1）通过限位台螺钉（10）安装在固定基座（4）上，位移台（2）通过位移台螺钉（11）安装固定在双列交叉滚柱导轨（3）上，双列交叉滚柱导轨（3）通过导轨安装螺栓（12）安装在固定基座（4）上，驱动定子（5）通过定子安装螺钉（9）固定在固定基座（4）上，螺纹副（6）胶粘固定安装在固定基座（4）上，端盖（7）通过端盖安装螺钉（8）安装在固定基座（4）上。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：所述限位台（1）设置有限位方形孔（1-1）和限位台安装孔（1-2）；所述位移台（2）设置有上位移台（2-1）、滚珠导轨（2-2）和下位移台（2-3），所述限位方形孔（1-1）与上位移台（2-1）滑动接触配合，所述限位台安装孔（1-2）与限位台螺钉（10）将限位台（1）安装在固定基座（4）上，所述上位移台（2-1）和下位移台（2-3）材料为铝合金，所述下位移台（2-3）设置有下位移台安装孔（2-3-1）和滑移平面（2-3-2），下位移台安装孔（2-3-1）与位移台螺钉（11）将下位移台（2-3）安装在活动导轨（3-4）上，滑移平面（2-3-2）通过滚珠导轨（2-2）与上位移台（2-1）滚动接触配合；所述双列交叉滚柱导轨（3）包括固定导轨（3-1）、导轨限位螺栓（3-2）、连接孔（3-3）、活动导轨（3-4）、双列交叉滚柱导轨保持架（3-5）；所述固定导轨（3-1）通过导轨安装螺栓（12）固定，固定导轨（3-1）和活动导轨（3-4）中间设置有双列交叉滚柱导轨保持架（3-5），所述活动导轨（3-4）端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述导轨限位螺栓（3-2）安装在固定导轨（3-1）和活动导轨（3-4）的两端，所述连接孔（3-3）通过位移台螺钉（11）将下位移台（2-3）固定在活动导轨（3-4）上。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：所述固定基座（4）采用“L”字型结构，所述固定基座（4）设置有限位台安装平面（4-1）、限位台螺纹安装孔（4-2）、导轨安装平面（4-3）、导轨螺纹安装孔（4-4）、固定基座安装孔（4-5）、定子安装螺纹孔（4-6）、端盖安装螺纹孔（4-7）和螺纹副安装孔（4-8）；所述限位台螺纹安装孔（4-2）通过与限位台螺钉（10）进行螺纹连接将限位台（1）固定在限位台安装平面（4-1）上，导轨螺纹安装孔（4-4）通过与导轨安装螺栓（12）进行螺纹连接可将双列交叉滚柱导轨（3）固定在导轨安装平面（4-3）上，固定基座（4）通过固定基座安装孔（4-5）与其它外围装置进行固定连接，定子安装螺纹孔（4-6）与定子安装螺钉（9）可固定驱动定子（5），端盖安装螺纹孔（4-7）与端盖安装螺钉（8）进行螺纹连接将端盖（7）固定，螺纹副安装孔（4-8）与螺纹副（6）通过胶粘连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：所述驱动定子（5）包括柔性铰链机构（5-1）、叠堆型压电陶瓷（5-2）、调整垫片（5-3）和基米螺钉（5-4）；所述叠堆型压电陶瓷（5-2）通过调整垫片（5-3）和基米螺钉（5-4）固定在柔性铰链机构（5-1）内；所述柔性铰链机构（5-1）设置有驱动足（5-1-1）、横梁（5-1-2）、定子安装孔（5-1-4）、基米螺钉安装孔（5-1-6）、刚性直梁（5-1-8）、直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）、刚性横梁（5-1-10）、直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）、直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）；所述驱动足（5-1-1）位于横梁（5-1-2）的中间位置，驱动足（5-1-1）与活动导轨（3-4）线接触，驱动足（5-1-1）的表面涂有摩擦材料，所述定子安装孔（5-1-4）通过定子安装螺钉（9）将驱动定子（5）固定在固定基座（4）的定子安装螺纹孔（4-6）上，所述基米螺钉安装孔（5-1-6）与基米螺钉（5-4）螺纹连接对叠堆型压电陶瓷（5-2）预紧，通过调节基米螺钉（5-4）的旋合圈数来调节叠堆型压电陶瓷（5-2）的预紧力，所述直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）和直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）通过刚性横梁（5-1-10）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）和直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）通过刚性直梁（5-1-8）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）通过刚性直梁（5-1-8）刚性连接；所述驱动定子（5）的直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）具有相同的圆角半径为R1，所述直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）和直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）具有相同的圆角半径为R2，R1和R2的比值为D，D的取值范围为1.5~4.5；
所述螺纹副（6）包括螺母基体（6-1）、锁紧螺母（6-2）和螺栓（6-3）；所述螺母基体（6-1）通过胶粘固定在螺纹副安装孔（4-8）内，所述锁紧螺母（6-2）与螺栓（6-3）螺纹配合连接，通过改变锁紧螺母（6-2）与螺栓（6-3）的相对位置可调节双列交叉滚柱导轨（3）和驱动定子（5）间的预紧力；所述端盖（7）为铝合金材料，端盖（7）包括端盖安装孔（7-1）和通线孔（7-2）；所述端盖安装孔（7-1）通过端盖安装螺钉（8）将端盖（7）固定在固定基座（4）的端盖安装螺纹孔（4-7）上。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种菱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述驱动定子（5）的柔性铰链机构（5-1）采用非对称菱形结构铰链，所述柔性铰链机构（5-1）设置有驱动足（5-1-1）、端部横梁（5-1-3）、定子安装孔（5-1-4）、基米螺钉安装孔（5-1-6）、刚性折梁Ⅰ（5-1-20）、刚性折梁Ⅱ（5-1-21）、刚性折梁Ⅲ（5-1-22）、刚性折梁Ⅳ（5-1-23）、直圆型铰链Ⅷ（5-1-24）、直圆型铰链Ⅶ（5-1-25）、直圆型铰链Ⅹ（5-1-26）和直圆型铰链Ⅸ（5-1-27）；所述驱动足（5-1-1）位于端部横梁（5-1-3）的中间位置，驱动足（5-1-1）与活动导轨（3-4）线接触；所述柔性铰链机构（5-1）通过定子安装孔（5-1-4）固定在固定基座（4）的定子安装螺纹孔（4-6）上；所述刚性折梁Ⅰ（5-1-20）与刚性折梁Ⅱ（5-1-21）通过直圆型铰链Ⅶ（5-1-25）刚性连接，所述刚性折梁Ⅲ（5-1-22）与刚性折梁Ⅳ（5-1-23）通过直圆型铰链Ⅸ（5-1-27）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅷ（5-1-24）和直圆型铰链Ⅶ（5-1-25）通过刚性折梁Ⅰ（5-1-20）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅹ（5-1-26）和直圆型铰链Ⅸ（5-1-27）通过刚性折梁Ⅲ（5-1-22）刚性连接；所述直圆型铰链Ⅷ（5-1-24）、直圆型铰链Ⅶ（5-1-25）和直圆型铰链Ⅸ（5-1-27）具有相同的圆角半径值R3，直圆型铰链Ⅹ（5-1-26）具有圆角半径值R4，R3与R4的比值为2~5。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述驱动定子（5）的柔性铰链机构（5-1）采用斜梯式框型结构的柔性铰链，所述柔性铰链机构（5-1）设置有定子安装孔（5-1-4），通过定子安装螺钉（9）将柔性铰链机构（5-1）与定子安装螺纹孔（4-6）固定；所述柔性铰链机构（5-1）设置有刚性直梁Ⅴ（5-1-50）和刚性直梁Ⅵ（5-1-51），所述柔性铰链机构（5-1）设置有直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17），所述直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）和直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）通过刚性直梁Ⅵ（5-1-51）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）通过刚性直梁Ⅴ（5-1-50）刚性连接；所述刚性直梁Ⅴ（5-1-50）和刚性直梁Ⅵ（5-1-51）之间的距离为H，所述直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）具有相同的圆角半径值R8，其中R8/H的取值范围0.017~0.09；所述柔性铰链机构（5-1）设置有斜梯型梁（5-1-21），斜梯型梁（5-1-21）的长度为I，其中I/H取值范围为1.5~4；所述驱动足（5-1-1）端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，驱动足（5-1-1）驱动双列交叉滚柱导轨（3）运动。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种改进斜梯型定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述驱动定子（5）的柔性铰链机构（5-1）采用改进斜梯式框型结构的柔性铰链，所述柔性铰链机构（5-1）设置有驱动足（5-1-1）、定子安装孔（5-1-4）、基米螺钉安装孔（5-1-6）、直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）、改进斜梯梁（5-1-23）、非对称横梁（5-1-24）、刚性直梁Ⅶ（5-1-42）和刚性直梁Ⅷ（5-1-43）；所述直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）和直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）通过刚性直梁Ⅷ（5-1-43）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）与刚性直梁Ⅶ（5-1-42）底端刚性连接，刚性直梁Ⅶ（5-1-42）和刚性直梁Ⅷ（5-1-43）通过连接直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）和直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）保证定子在堆叠伸长方向的伸长量，并且可增大垂直于堆叠方向的主运动；所述直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）和改进斜梯梁（5-1-23）通过非对称横梁（5-1-24）刚性连接；所述驱动足（5-1-1）与活动导轨（3-4）之间采用线接触方式，所述定子安装孔（5-1-4）通过定子安装螺钉（9）与定子安装螺纹孔（3-2）进行螺纹配合将驱动定子（5）固定，其基米螺钉安装孔（5-1-6）采用螺纹配合安装基米螺钉（5-4）；所述改进斜梯梁（5-1-23）设置有长边、短边和斜边，长边长度为J，短边长度为K，斜边长度为M，斜边与短边的夹角为θ，长边J与短边K的比值为N=J/K，其中N的取值为1～5；所述直圆型铰链Ⅲ （5-1-14）、直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）和直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）具有相同的圆角半径值R9，R9的取值范围为0.1～1.2 mm；所述驱动足（5-1-1）半径为R10，厚度为O，圆角半径值R9和厚度O的比值为P=R9/O，P的取值范围为0.2～0.5。
8.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种双堆叠拱形定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述驱动定子（5）的柔性铰链机构（5-1）设置有驱动足（5-1-1）、横梁（5-1-2）、定子安装孔（5-1-4）、基米螺钉安装孔（5-1-6）、椭圆型铰链Ⅱ（5-1-5）、椭圆型铰链Ⅰ（5-1-45）、刚性横梁Ⅱ（5-1-10）、刚性曲梁Ⅰ（5-1-60）、刚性曲梁Ⅱ（5-1-61）、刚性曲梁Ⅲ（5-1-62）和刚性曲梁Ⅳ（5-1-63）；所述驱动足（5-1-1）位于横梁（5-1-2）的中间位置，所述驱动足（5-1-1）端部涂有摩擦材料，驱动足（5-1-1）与活动导轨（3-4）线接触，用于驱动活动导轨（3-4）；所述定子安装孔（5-1-4）用于固定柔性铰链机构（5-1），所述基米螺钉安装孔（5-1-6）通过与基米螺钉（5-4）螺纹连接固定叠堆型压电陶瓷（5-2）；所述刚性横梁Ⅱ（5-1-10）位于柔性铰链机构（5-1）的中心位置，所述刚性曲梁Ⅰ（5-1-60）和刚性曲梁Ⅱ（5-1-61）通过椭圆型铰链Ⅰ（5-1-45）刚性连接，所述刚性曲梁Ⅲ（5-1-62）和刚性曲梁Ⅳ（5-1-63）通过椭圆型铰链Ⅱ（5-1-5）刚性连接，所述刚性曲梁Ⅰ（5-1-60）、刚性曲梁Ⅱ（5-1-61）、椭圆型铰链Ⅰ（5-1-45）和刚性横梁Ⅱ（5-1-10）组成的框型结构可以实现活动导轨（3-4）沿双列交叉滚柱导轨（3）向右运动，所述刚性横梁Ⅱ（5-1-10）、椭圆型铰链Ⅱ（5-1-5）、刚性曲梁Ⅲ（5-1-62）和刚性曲梁Ⅳ（5-1-63）组成的框型结构实现活动导轨（3-4）沿双列交叉滚柱导轨（3）向左运动。
9.根据权利要求1所述的一种紧凑型精密压电粘滑升降平台，其特征在于：为一种双堆叠双驱动足定子组件实现方式的紧凑型精密压电粘滑升降平台，所述驱动定子（5）中的柔性铰链机构（5-1）设置有端部横梁（5-1-3）、定子安装孔（5-1-4）、基米螺钉安装孔（5-1-6）、直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）、直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）、直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）、直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）、直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）、双驱动足（5-1-70）、直圆型凹槽（5-1-71）、刚性直梁Ⅸ（5-1-72）、刚性横梁Ⅲ（5-1-73）和刚性直梁Ⅹ（5-1-74）；所述端部横梁（5-1-3）用于传递叠堆型压电陶瓷（5-2）的作用力，所述定子安装孔（5-1-4）用于固定柔性铰链机构（5-1）；所述基米螺钉安装孔（5-1-6）与基米螺钉（5-4）进行螺纹连接预紧叠堆型压电陶瓷（5-2）；所述直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）和直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）通过刚性横梁Ⅲ（5-1-73）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（5-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）通过刚性直梁Ⅸ（5-1-72）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）和直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）通过刚性直梁Ⅹ（5-1-74）进行刚性连接，所述直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）、直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）、刚性横梁Ⅲ（5-1-73）、直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）、刚性直梁Ⅸ（5-1-72）和直圆型铰链Ⅵ（5-1-17）组成的框型结构可以实现活动导轨（3-4）沿双列交叉滚柱导轨（3）向右运动，所述直圆型铰链Ⅰ（5-1-9）、直圆型铰链Ⅳ（5-1-15）、刚性横梁Ⅲ（5-1-73）、直圆型铰链Ⅱ（5-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（5-1-14）和刚性直梁Ⅹ（5-1-74）组成的框型结构可以实现活动导轨（3-4）沿双列交叉滚柱导轨（3）向左运动；所述双驱动足（5-1-70）位于端部横梁（5-1-3）中心轴线位置，双驱动足（5-1-70）端部涂有摩擦类材料。
10.一种紧凑型精密压电粘滑升降平台的驱动方法，该驱动方法是基于权利要求1所述的紧凑型精密压电粘滑升降平台实现；所述驱动方法中采用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 |
|---|---|---|---|
| CN201810030507.XA CN108092549B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810030507.XA CN108092549B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108092549A true CN108092549A (zh) | 2018-05-29 |
| CN108092549B CN108092549B (zh) | 2020-01-10 |
Family
ID=62182204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810030507.XA Active CN108092549B (zh) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108092549B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109818524A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-28 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN114227623A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-25 | 长春工业大学 | 一种仿生燕尾设计的增压式压电定位平台 |
| CN114257124A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-29 | 长春工业大学 | 一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08182360A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Nec Corp | 圧電型回転駆動装置 |
| CN103474384A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-25 | 苏州凯欧机械科技有限公司 | 一种半导体加工设备上的楔形结构精密定位升降台 |
| KR20150111779A (ko) * | 2014-03-26 | 2015-10-06 | 한국전기연구원 | 압전 소자를 이용한 수평판 조절 장치 |
| CN105048863A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-11-11 | 南京航空航天大学 | 基于弯振模态的直线超声电机及其电激励方法 |
| CN105776064A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-07-20 | 威海世椿自动化设备有限公司 | 涂胶灌封自动升降装置 |
| 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 |
| CN106787935A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 南京航空航天大学 | 一种惯性非共振式双足压电直线作动器及工作方法 |
-
2018
- 2018-01-12 CN CN201810030507.XA patent/CN108092549B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08182360A (ja) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Nec Corp | 圧電型回転駆動装置 |
| CN103474384A (zh) * | 2013-09-06 | 2013-12-25 | 苏州凯欧机械科技有限公司 | 一种半导体加工设备上的楔形结构精密定位升降台 |
| KR20150111779A (ko) * | 2014-03-26 | 2015-10-06 | 한국전기연구원 | 압전 소자를 이용한 수평판 조절 장치 |
| CN105048863A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-11-11 | 南京航空航天大学 | 基于弯振模态的直线超声电机及其电激励方法 |
| CN105776064A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-07-20 | 威海世椿自动化设备有限公司 | 涂胶灌封自动升降装置 |
| 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 |
| CN106787935A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 南京航空航天大学 | 一种惯性非共振式双足压电直线作动器及工作方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109818524A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-28 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN109818524B (zh) * | 2019-03-22 | 2023-10-20 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN114227623A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-25 | 长春工业大学 | 一种仿生燕尾设计的增压式压电定位平台 |
| CN114257124A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-03-29 | 长春工业大学 | 一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108092549B (zh) | 2020-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108092549A (zh) | 紧凑型精密压电粘滑升降平台及其驱动方法 | |
| CN108092545B (zh) | 多自由度压电粘滑微纳定位平台及其驱动方法 | |
| CN108322087B (zh) | 一种精密加载式压电直线电机及其驱动方法 | |
| 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 | |
| CN108199613B (zh) | 双定子固定式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN108306546A (zh) | 紧凑型双致动组件压电粘滑驱动装置及其驱动方法 | |
| CN108199614A (zh) | 双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法 | |
| CN102291039B (zh) | 多自由度仿生压电驱动装置 | |
| CN104467525A (zh) | 可调预紧力式惯性粘滑驱动跨尺度精密定位平台 | |
| CN108062968A (zh) | 长行程高精度压电位移台及其驱动方法 | |
| CN108199615A (zh) | 正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN106849743A (zh) | 基于压电纤维的粘滑直线驱动器 | |
| CN202565197U (zh) | 一种非对称压电惯性驱动器 | |
| CN108696179A (zh) | 辅助增压型压电粘滑直线电机及其激励方法 | |
| CN105932902A (zh) | J型结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN107994806A (zh) | 高精度压电粘滑旋转台及其驱动方法 | |
| CN108173454A (zh) | 双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法 | |
| CN108173453A (zh) | 并联驱动式压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN1827313A (zh) | 一种仅含转动副的三平移自由度并联机构 | |
| CN108134536A (zh) | 水平双驱动型精密压电粘滑直线装置及其驱动方法 | |
| CN107953120A (zh) | 压电粘滑微纳角位移台及其驱动方法 | |
| CN115194737B (zh) | 差动式六自由度并联微动平台 | |
| CN108322088B (zh) | 一种采用工字形结构的压电粘滑马达及其驱动方法 | |
| CN207410248U (zh) | 具有宏微混合运动特性的压电旋转定位平台 | |
| CN207039483U (zh) | 基于粘滑惯性的压电精密直线驱动平台 |
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 | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cheng Tinghai Inventor after: Wang Zheng Inventor after: Li Yikang Inventor after: Lu Xiaohui Inventor after: He Meng Inventor after: Gao Qi Inventor after: Chen Pengfei Inventor before: Cheng Tinghai Inventor before: Li Yikang Inventor before: Lu Xiaohui Inventor before: He Meng Inventor before: Gao Qi Inventor before: Chen Pengfei |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |