CN108322089B - 双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 - Google Patents
双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108322089B CN108322089B CN201810176961.6A CN201810176961A CN108322089B CN 108322089 B CN108322089 B CN 108322089B CN 201810176961 A CN201810176961 A CN 201810176961A CN 108322089 B CN108322089 B CN 108322089B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- driving
- driving device
- double
- guide rail
- foot
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 11
- 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 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001008 7075 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000009411 base construction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
- H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
-
- 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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
Abstract
一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其驱动方法，以解决已有惯性压电驱动马达存在的行程短、输出推力小、稳定性差、预紧力无法调节等问题。本发明由运动装置、驱动装置和加载装置组成。驱动装置的双头水平驱动机构在叠堆型压电陶瓷挤压变形条件下实现双头同向水平驱动，显著提升了惯性压电驱动马达的输出特性，加载装置的铰连接双杆构成三角稳定加载，实现调节预紧力来改变摩擦力，使惯性压电驱动马达运行稳定可靠且寿命周期延长。与已有技术相比，本发明具有运动行程大、输出推力大、运行稳定可靠、寿命周期长，且能实现预紧力调节等特点，在光学精密仪器和半导体加工等精密驱动与定位技术领域中具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法，属于精密驱动与定位技术领域。
背景技术
近年来，随着科学技术突飞猛进的发展，微纳米科学技术方面的研究也取得了迅猛的发展，众多技术领域都需要亚微米、纳米级的微驱动技术。压电陶瓷是一种广泛应用于精密微驱动领域的功能材料，具有体积小、频响高、发热少、输出力大、无噪声等优点，精密驱动与定位技术中广泛采用基于压电陶瓷驱动源作为高精度驱动装置中的驱动核心。
惯性压电驱动马达因其在分辨率、工作频率、运动速度、频率响应、制造成本、受压电元件滞环蠕变影响程度等方面具有独特的优势，已经发展成为压电精密驱动的一个重要部分，随着压电驱动马达的产品化，传统的惯性压电驱动马达由于行程短、输出推力小、稳定性差、预紧力无法调节等致命缺陷的限制，显然无法满足对驱动马达有较高性能要求的微纳米操作技术需求。
因此，设计一种性能优越，且能实现预紧力加载的惯性压电驱动马达是十分必要的。
发明内容
为解决已有惯性压电驱动马达存在的行程短、输出推力小、稳定性差、预紧力无法调节等技术问题，本发明公开了一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法。
本发明所采用的技术方案：
所述双杆加载式大行程惯性压电驱动马达由运动装置、驱动装置和加载装置组成；所述运动装置通过导轨固定螺栓与运动装置螺孔的螺纹连接，固定安装于加载装置上，所述驱动装置通过驱动装置固定螺栓与驱动装置螺孔的螺纹连接，固定安装于加载装置上，所述驱动装置通过加载装置的预紧力加载与运动装置实现滑动接触。
所述运动装置为双列交叉滚柱导轨，所述运动装置包括固定导轨、外置载台螺孔、活动导轨、限位螺钉、导轨固定孔、导轨固定螺栓和滑动支架，所述三个外置载台螺孔阵列设置在活动导轨上，所述外置载台螺孔可与外围载台连接，所述活动导轨与驱动装置接触端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述限位螺钉安装于固定导轨和活动导轨的两侧，所述滑动支架分别与固定导轨和活动导轨滑动接触，所述三个导轨固定孔阵列设置在固定导轨上，所述导轨固定孔通过导轨固定螺栓与运动装置螺孔的螺纹连接将固定导轨固定安装在加载装置上。
所述驱动装置包括叠堆型压电陶瓷、垫块组、驱动装置固定螺栓和双头水平驱动机构，所述垫块组由两个楔形垫块相对接触，所述双头水平驱动机构左端设置有驱动足Ⅰ，所述驱动足Ⅰ头部与活动导轨滑动接触，所述驱动足Ⅰ中部与连接梁Ⅰ通过直圆形柔性铰链刚性连接，所述驱动足Ⅰ尾部与连接梁Ⅲ刚性连接，所述连接梁Ⅲ通过半圆形柔性铰链Ⅰ与安装梁刚性连接，所述连接梁Ⅰ与连接梁Ⅱ刚性连接处设置有单圆柔性铰链，所述连接梁Ⅱ通过半圆形柔性铰链Ⅱ与安装梁刚性连接，所述连接梁Ⅱ设置有垫块凹槽，所述垫块凹槽放置垫块组，所述双头水平驱动机构右端设置有驱动足Ⅱ，所述驱动足Ⅱ头部与活动导轨滑动接触，所述驱动足Ⅱ中部与拉伸梁刚性连接，所述拉伸梁另一端与连接梁Ⅱ中部刚性连接，所述驱动足Ⅱ尾部与安装梁刚性连接，所述安装梁上设置有驱动装置固定孔，所述驱动装置固定螺栓通过驱动装置固定孔将驱动装置固定在加载装置内。
所述加载装置包括基座、短弹簧、螺帽Ⅰ、副滑块Ⅰ、连接杆Ⅰ、主滑块、螺母、加载器、连接杆Ⅱ、副滑块Ⅱ和螺帽Ⅱ，所述基座采用“L”型结构，所述基座设置有运动装置安装平面、运动装置螺孔、副滑动槽Ⅰ、主滑动槽、加载螺孔、弹簧卡槽Ⅰ驱动装置安装平面和副滑动槽Ⅱ，所述运动装置螺孔设置在运动装置安装平面上，所述运动装置螺孔与导轨固定螺栓螺纹连接，所述主滑动槽安装在驱动装置安装平面中心处，所述主滑动槽内放置主滑块下端的主方形滑块，所述副滑动槽Ⅰ和副滑动槽Ⅱ关于主滑动槽对称分布于驱动装置安装平面上，所述副滑动槽Ⅰ内放置副滑块Ⅰ下端的副方形滑块，所述加载螺孔与加载器的加载螺纹轴螺纹连接，所述弹簧卡槽Ⅰ与短弹簧的端部接触，所述主滑块设置的弹簧卡槽Ⅱ与短弹簧的另一端部接触，所述连接杆Ⅰ设置有主连接孔、连接梁和副连接孔，所述连接梁两端分别与主连接孔和副连接孔刚性连接，所述主连接孔套于主连接轴上，所述副连接孔套于副滑块Ⅰ的副连接轴上，所述螺母与主滑块的主螺纹轴螺纹连接，所述螺帽Ⅰ与副滑块Ⅰ的副螺纹轴螺纹连接，所述副滑块Ⅱ、连接杆Ⅱ、螺帽Ⅱ三者间的特征结构及连接关系与副滑块Ⅰ、连接杆Ⅰ、螺帽Ⅰ三者间的特征结构及连接关系一致，所述连接杆Ⅰ和连接杆Ⅱ在主滑块的梯形限位槽内实现铰连接安装，所述主滑块设置有两个关于主滑块中心对称分布的驱动装置螺孔，所述驱动装置螺孔与驱动装置固定螺栓螺纹连接，所述加载器设置有解耦球头，所述解耦球头与主方形滑块接触，所述加载器设置有旋转手柄。
所述楔形垫块采用钨钢材料，所述楔形垫块的斜度为θ，具体地，选取θ为1/100~1/150时效果最佳，所述双头水平驱动机构采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料，所述驱动足Ⅰ与驱动足Ⅱ头部接触面均涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述驱动足Ⅰ与驱动足Ⅱ的竖直高度均为N，活动导轨的厚度为M，其中N<M可以保证有效接触面积，提高传动效率，其中N的取值范围为6~9mm，M=（N+2）mm，所述半圆形柔性铰链Ⅰ和半圆形柔性铰链Ⅱ的铰链圆半径为R1，所述直圆形柔性铰链和单圆柔性铰链的铰链圆半径为R2，其中，R1的取值范围为0.25~1.25mm，R2的取值范围为0.1~0.5mm。
所述激励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，激发双头水平驱动机构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双头水平驱动机构与活动导轨间的摩擦阻力；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：本发明采用基于铰连接双杆加载的驱动装置作为惯性压电驱动马达中的驱动核心，驱动装置的双头水平驱动机构在叠堆型压电陶瓷挤压变形条件下实现双头同向水平驱动，显著提升了惯性压电驱动马达的输出特性，铰连接的双杆具有结构巧妙，加工便利，安装、拆卸简便等特点，且铰连接双杆构成三角稳定加载，实现调节预紧力来改变摩擦力，使惯性压电驱动马达运行稳定可靠且寿命周期延长。与当前已有技术相比，本发明具有运动行程大、输出推力大、运行稳定可靠、寿命周期长，且能实现预紧力调节等特点。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的结构示意图；
图2所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的运动装置结构示意图；
图3所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的驱动装置结构示意图；
图4所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的垫块组结构示意图；
图5所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的双头水平驱动机构结构示意图；
图6所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的加载装置结构示意图；
图7所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的基座结构示意图；
图8所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的副滑块Ⅰ结构示意图；
图9所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的连接杆Ⅰ结构示意图；
图10所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的主滑块结构示意图；
图11所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的加载器结构示意图；
图12所示为本发明提出的一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的耦合激励信号波形示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图11说明本实施方式，本实施方式提供了一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达具体实施方式，所述一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的具体实施方式表述如下：
所述一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达由运动装置1、驱动装置2和双杆式加载装置3组成；所述运动装置1通过导轨固定螺栓1-6与运动装置螺孔3-1-2的螺纹连接固定安装于双杆式加载装置3上，所述驱动装置2通过驱动装置固定螺栓2-5与驱动装置螺孔3-6-1的螺纹连接固定安装于双杆式加载装置3上，所述驱动装置2通过双杆式加载装置3的预紧力加载与运动装置1实现滑动接触。
所述运动装置1为双列交叉滚柱导轨，所述运动装置1包括固定导轨1-1、外置载台螺孔1-2、活动导轨1-3、限位螺钉1-4、导轨固定孔1-5、导轨固定螺栓1-6和滑动支架1-7，三个所述外置载台螺孔1-2等间距阵列设置在活动导轨1-3上，阵列个数为3个，所述外置载台螺孔1-2可与外围载台连接，所述活动导轨1-3与驱动装置2接触端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述限位螺钉1-4安装于固定导轨1-1和活动导轨1-3的两侧，所述限位螺钉1-4用于活动导轨1-3的运动限位，所述滑动支架1-7分别与固定导轨1-1和活动导轨1-3滑动接触，所述导轨固定孔1-5阵列设置在固定导轨1-1上，所述导轨固定孔1-5通过导轨固定螺栓1-6与运动装置螺孔3-1-2的螺纹连接将固定导轨1-1固定安装在双杆式加载装置3上。
所述驱动装置2包括叠堆型压电陶瓷2-1、垫块组2-2、驱动装置固定螺栓2-3和双头水平驱动机构2-4，所述叠堆型压电陶瓷2-1可采用PI或NEC公司的产品，所述垫块组2-2由两个楔形垫块2-2-1相对接触，所述楔形垫块2-2-1采用钨钢材料，目的是通过两个楔形垫块2-2-1在挤压变形后产生的弹性力将叠堆型压电陶瓷2-1固定在双头水平驱动机构2-4内，所述楔形垫块2-2-1的斜度为θ，具体地，选取θ为1/100~1/150时效果最佳，本具体实施方式中楔形垫块2-2-1的斜度θ为1/100，所述双头水平驱动机构2-4采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料，所述双头水平驱动机构2-4左端设置有驱动足Ⅰ2-4-1，所述驱动足Ⅰ2-4-1头部与活动导轨1-3滑动接触，所述驱动足Ⅰ2-4-1中部与连接梁Ⅰ2-4-3通过直圆形柔性铰链2-4-2刚性连接，所述驱动足Ⅰ2-4-1尾部与连接梁Ⅲ2-4-13刚性连接，所述连接梁Ⅲ2-4-13通过半圆形柔性铰链Ⅰ2-4-12与安装梁2-4-10刚性连接，所述连接梁Ⅰ2-4-3与连接梁Ⅱ2-4-6刚性连接处设置有单圆柔性铰链2-4-4，所述连接梁Ⅱ2-4-6通过半圆形柔性铰链Ⅱ2-4-9与安装梁2-4-10刚性连接，所述连接梁Ⅱ2-4-6设置有垫块凹槽2-4-8，所述垫块凹槽2-4-8用于垫块组2-2的安装限位，所述双头水平驱动机构2-4右端设置有驱动足Ⅱ2-4-5，所述驱动足Ⅱ2-4-5头部与活动导轨1-3滑动接触，所述驱动足Ⅱ2-4-5中部与拉伸梁2-4-7刚性连接，所述拉伸梁2-4-7另一端与连接梁Ⅱ2-4-6中部刚性连接，所述拉伸梁2-4-7带动驱动足Ⅱ2-4-5产生形变，使驱动足Ⅱ2-4-5产生水平位移，所述驱动足Ⅱ2-4-5尾部与安装梁2-4-10刚性连接，所述驱动足Ⅰ2-4-1与驱动足Ⅱ2-4-5头部接触面均涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述驱动足Ⅰ2-4-1与驱动足Ⅱ2-4-5的竖直高度均为N，活动导轨7-3的厚度为M，其中N<M可以保证有效接触面积，提高传动效率，其中N的取值范围为6~9mm，M=（N+2）mm，本具体实施方式中N=6mm，M=8mm，所述半圆形柔性铰链Ⅰ2-4-12和半圆形柔性铰链Ⅱ2-4-9的铰链圆半径为R1，所述直圆形柔性铰链2-4-2和单圆柔性铰链2-4-4的铰链圆半径为R2，其中，R1的取值范围为0.25~1.25mm，R2的取值范围为0.1~0.5mm，本具体实施方式中，R1=1mm，R2=0.4mm，所述安装梁2-4-10上设置有驱动装置固定孔2-4-11，所述驱动装置固定螺栓2-3通过驱动装置固定孔2-4-11将驱动装置2固定在双杆式加载装置3内。
所述双杆式加载装置3由基座3-1、短弹簧3-2、螺帽Ⅰ3-3、副滑块Ⅰ3-4、连接杆Ⅰ3-5、主滑块3-6、螺母3-7、加载器3-8、连接杆Ⅱ3-9、副滑块Ⅱ3-10和螺帽Ⅱ3-11组成，其中，所述基座3-1采用“L”型结构，所述基座3-1包括运动装置安装平面3-1-1、运动装置螺孔3-1-2、副滑动槽Ⅰ3-1-3、主滑动槽3-1-4、加载螺孔3-1-5、弹簧卡槽Ⅰ3-1-6、驱动装置安装平面3-1-7和副滑动槽Ⅱ3-1-8，所述运动装置螺孔3-1-2设置在运动装置安装平面3-1-1上，所述运动装置螺孔3-1-2与导轨固定螺栓1-6螺纹连接，实现固定导轨1-1在运动装置安装平面3-1-1上的安装固定，所述主滑动槽3-1-4安装在驱动装置安装平面3-1-7中心处，所述主滑动槽3-1-4内放置主滑块3-6下端的主方形滑块3-6-6，所述副滑动槽Ⅰ3-1-3和副滑动槽Ⅱ3-1-8关于主滑动槽3-1-4对称分布于驱动装置安装平面3-1-7上，所述副滑动槽Ⅰ3-1-3内放置副滑块Ⅰ3-4下端的副方形滑块3-4-3，所述加载螺孔3-1-5与加载器3-8的加载螺纹轴3-8-2螺纹连接，所述弹簧卡槽Ⅰ3-1-6与短弹簧3-2的端部接触，所述主滑块3-6设置的弹簧卡槽Ⅱ3-6-5与短弹簧3-2的另一端部接触，所述短弹簧3-2因主滑块3-6的滑动而挤压变形后，产生作用于主滑块3-6的弹力使主滑块3-6具有回复原始位置的能力，且能使主滑块3-6在滑动过程中更加稳定，所述连接杆Ⅰ3-5设置有主连接孔3-5-1、连接梁3-5-2和副连接孔3-5-3，所述连接梁3-5-2两端分别与主连接孔3-5-1和副连接孔3-5-3刚性连接，所述主连接孔3-5-1套于主连接轴3-6-4上，所述副连接孔3-5-3套于副滑块Ⅰ3-4的副连接轴3-4-2上，所述螺母3-7与主滑块3-6的主螺纹轴3-6-2螺纹连接，所述螺帽Ⅰ3-3与副滑块Ⅰ3-4的副螺纹轴3-4-1螺纹连接，所述副滑块Ⅱ3-10、连接杆Ⅱ3-9、螺帽Ⅱ3-11三者间的特征结构及连接关系与副滑块Ⅰ3-4、连接杆Ⅰ3-5、螺帽Ⅰ3-3三者间的特征结构及连接关系一致，所述连接杆Ⅰ3-5和连接杆Ⅱ3-9在主滑块3-6的梯形限位槽3-6-3内实现铰连接安装，构成双杆加载方式，基于三角形稳定原则使驱动装置2在驱动过程中更加平稳，所述主滑块3-6设置有两个关于主滑块3-6中心对称分布的驱动装置螺孔3-6-1，所述驱动装置螺孔3-6-1通过与驱动装置固定螺栓2-3的螺纹连接实现驱动装置2在双杆式加载装置3上的固定安装，所述加载器3-8设置有解耦球头3-8-3，所述解耦球头3-8-3与主方形滑块3-6-6接触，所述加载器3-8设置有旋转手柄3-8-1，旋转所述旋转手柄3-8-1以改变加载螺纹轴3-8-2的推进量，并通过解耦球头3-8-3的运动解耦带动主滑块3-6在主滑动槽3-1-4内滑动，实现驱动装置2的预紧力调节。
具体实施方式二：结合图12说明本实施方式，本实施方式提供了一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达激励方法的具体实施方式，所述一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达激励方法如下所示。
所述激励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，激发双头水平驱动机构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双头水平驱动机构与活动导轨间的摩擦阻力；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：所述双杆加载式大行程惯性压电驱动马达采用基于铰连接双杆加载的驱动装置作为惯性压电驱动马达中的驱动核心，叠堆型压电陶瓷通入锯齿波电信号使自身发生形变，双头水平驱动机构在受叠堆型压电陶瓷挤压变形后，两个驱动足在水平方向产生同向位移，并利用惯性粘滑原理驱动活动导轨运动，其中，叠堆型压电陶瓷带动双头水平驱动机构缓慢变形阶段，双头水平驱动机构和活动导轨在静摩擦力作用下产生缓慢的“粘”运动，此时双头水平驱动机构和活动导轨一起向前运动一大步；在叠堆型压电陶瓷带动双头水平驱动机构快速恢复变形阶段，双头水平驱动机构和活动导轨在动摩擦力作用下产生快速的“滑”运动，此时双头水平驱动机构恢复原始形态，而活动导轨由于惯性仅向后回退一小步，重复上述步骤达到驱动装置驱动活动导轨连续步进运动的目的。
综合上述内容，本发明提供一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法，解决已有惯性压电驱动马达存在的行程短、输出推力小、稳定性差、预紧力无法调节等技术问题，所述双杆加载式大行程惯性压电驱动马达采用基于铰连接双杆加载的驱动装置作为惯性压电驱动马达中的驱动核心，驱动装置的双头水平驱动机构在叠堆型压电陶瓷挤压变形条件下实现双头同向水平驱动，显著提升了惯性压电驱动马达的输出特性，铰连接的双杆具有结构巧妙，加工便利，安装、拆卸简便等特点，且铰连接双杆构成三角稳定加载，实现调节预紧力来改变摩擦力，使惯性压电驱动马达运行稳定可靠且寿命周期延长。本发明具有运动行程大、输出推力大、运行稳定可靠、寿命周期长，且能实现预紧力调节等特点，在光学精密仪器和半导体加工等精密驱动与定位技术领域中具有很好的应用前景。
Claims (3)
1.一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达，该双杆加载式大行程惯性压电驱动马达由运动装置（1）、驱动装置（2）和双杆式加载装置（3）组成；所述运动装置（1）通过导轨固定螺栓（1-6）与运动装置螺孔（3-1-2）的螺纹连接，固定安装于双杆式加载装置（3）上，所述驱动装置（2）通过驱动装置固定螺栓（2-5）与驱动装置螺孔（3-6-1）的螺纹连接，固定安装于双杆式加载装置（3）上，所述驱动装置（2）通过双杆式加载装置（3）的预紧力加载与运动装置（1）实现滑动接触；
所述运动装置（1）为双列交叉滚柱导轨，所述运动装置（1）包括固定导轨（1-1）、外置载台螺孔（1-2）、活动导轨（1-3）、限位螺钉（1-4）、导轨固定孔（1-5）、导轨固定螺栓（1-6）和滑动支架（1-7），所述外置载台螺孔（1-2）等间距阵列设置在活动导轨（1-3）上，阵列个数为3个，所述外置载台螺孔（1-2）可与外围载台连接，所述活动导轨（1-3）与驱动装置（2）接触端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述限位螺钉（1-4）安装于固定导轨（1-1）和活动导轨（1-3）的两侧，所述滑动支架（1-7）分别与固定导轨（1-1）和活动导轨（1-3）滑动接触，所述导轨固定孔（1-5）阵列设置在固定导轨（1-1）上，所述导轨固定孔（1-5）通过导轨固定螺栓（1-6）与运动装置螺孔（3-1-2）的螺纹连接将固定导轨（1-1）固定安装在双杆式加载装置（3）上；
所述驱动装置（2）包括叠堆型压电陶瓷（2-1）、垫块组（2-2）、驱动装置固定螺栓（2-3）和双头水平驱动机构（2-4），所述垫块组（2-2）由两个楔形垫块（2-2-1）相对接触，所述双头水平驱动机构（2-4）左端设置有驱动足Ⅰ（2-4-1），所述驱动足Ⅰ（2-4-1）头部与活动导轨（1-3）滑动接触，所述驱动足Ⅰ（2-4-1）中部与连接梁Ⅰ（2-4-3）通过直圆形柔性铰链（2-4-2）刚性连接，所述驱动足Ⅰ（2-4-1）尾部与连接梁Ⅲ（2-4-13）刚性连接，所述连接梁Ⅲ（2-4-13）通过半圆形柔性铰链Ⅰ（2-4-12）与安装梁（2-4-10）刚性连接，所述连接梁Ⅰ（2-4-3）与连接梁Ⅱ（2-4-6）刚性连接处设置有单圆柔性铰链（2-4-4），所述连接梁Ⅱ（2-4-6）通过半圆形柔性铰链Ⅱ（2-4-9）与安装梁（2-4-10）刚性连接，所述连接梁Ⅱ（2-4-6）设置有垫块凹槽（2-4-8），所述垫块凹槽（2-4-8）放置垫块组（2-2），所述双头水平驱动机构（2-4）右端设置有驱动足Ⅱ（2-4-5），所述驱动足Ⅱ（2-4-5）头部与活动导轨（1-3）滑动接触，所述驱动足Ⅱ（2-4-5）中部与拉伸梁（2-4-7）刚性连接，所述拉伸梁（2-4-7）另一端与连接梁Ⅱ（2-4-6）中部刚性连接，所述驱动足Ⅱ（2-4-5）尾部与安装梁（2-4-10）刚性连接，所述安装梁（2-4-10）上设置有驱动装置固定孔（2-4-11），所述驱动装置固定螺栓（2-3）通过驱动装置固定孔（2-4-11）将驱动装置（2）固定在双杆式加载装置（3）内；
所述双杆式加载装置（3）包括基座（3-1）、短弹簧（3-2）、螺帽Ⅰ（3-3）、副滑块Ⅰ（3-4）、连接杆Ⅰ（3-5）、主滑块（3-6）、螺母（3-7）、加载器（3-8）、连接杆Ⅱ（3-9）、副滑块Ⅱ（3-10）和螺帽Ⅱ（3-11），所述基座（3-1）采用“L”型结构，所述基座（3-1）设置有运动装置安装平面（3-1-1）、运动装置螺孔（3-1-2）、副滑动槽Ⅰ（3-1-3）、主滑动槽（3-1-4）、加载螺孔（3-1-5）、弹簧卡槽Ⅰ（3-1-6）驱动装置安装平面（3-1-7）和副滑动槽Ⅱ（3-1-8），所述运动装置螺孔（3-1-2）设置在运动装置安装平面（3-1-1）上，所述运动装置螺孔（3-1-2）与导轨固定螺栓（1-6）螺纹连接，所述主滑动槽（3-1-4）安装在驱动装置安装平面（3-1-7）中心处，所述主滑动槽（3-1-4）内放置主滑块（3-6）下端的主方形滑块（3-6-6），所述副滑动槽Ⅰ（3-1-3）和副滑动槽Ⅱ（3-1-8）关于主滑动槽（3-1-4）对称分布于驱动装置安装平面（3-1-7）上，所述副滑动槽Ⅰ（3-1-3）内放置副滑块Ⅰ（3-4）下端的副方形滑块（3-4-3），所述加载螺孔（3-1-5）与加载器（3-8）的加载螺纹轴（3-8-2）螺纹连接，所述弹簧卡槽Ⅰ（3-1-6）与短弹簧（3-2）的端部接触，所述主滑块（3-6）设置的弹簧卡槽Ⅱ（3-6-5）与短弹簧（3-2）的另一端部接触，所述连接杆Ⅰ（3-5）设置有主连接孔（3-5-1）、连接梁（3-5-2）和副连接孔（3-5-3），所述连接梁（3-5-2）两端分别与主连接孔（3-5-1）和副连接孔（3-5-3）刚性连接，所述主连接孔（3-5-1）套于主连接轴（3-6-4）上，所述副连接孔（3-5-3）套于副滑块Ⅰ（3-4）的副连接轴（3-4-2）上，所述螺母（3-7）与主滑块（3-6）的主螺纹轴（3-6-2）螺纹连接，所述螺帽Ⅰ（3-3）与副滑块Ⅰ（3-4）的副螺纹轴（3-4-1）螺纹连接，所述副滑块Ⅱ（3-10）、连接杆Ⅱ（3-9）、螺帽Ⅱ（3-11）三者间的特征结构及连接关系与副滑块Ⅰ（3-4）、连接杆Ⅰ（3-5）、螺帽Ⅰ（3-3）三者间的特征结构及连接关系一致，所述连接杆Ⅰ（3-5）和连接杆Ⅱ（3-9）在主滑块（3-6）的梯形限位槽（3-6-3）内实现铰连接安装，所述主滑块（3-6）设置有两个关于主滑块（3-6）中心对称分布的驱动装置螺孔（3-6-1），所述驱动装置螺孔（3-6-1）与驱动装置固定螺栓（2-3）螺纹连接，所述加载器（3-8）设置有解耦球头（3-8-3），所述解耦球头（3-8-3）与主方形滑块（3-6-6）接触，所述加载器（3-8）设置有旋转手柄（3-8-1）。
2.根据权利要求1所述一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达，其特征在于，所述楔形垫块（2-2-1）采用钨钢材料，所述楔形垫块（2-2-1）的斜度为θ，具体地，选取θ为1/100~1/150时效果最佳，所述双头水平驱动机构（2-4）采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料，所述驱动足Ⅰ（2-4-1）与驱动足Ⅱ（2-4-5）头部接触面均涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述驱动足Ⅰ（2-4-1）与驱动足Ⅱ（2-4-5）的竖直高度均为N，活动导轨（7-3）的厚度为M，其中N<M可以保证有效接触面积，提高传动效率，其中N的取值范围为6~9mm，M=（N+2）mm，所述半圆形柔性铰链Ⅰ（2-4-12）和半圆形柔性铰链Ⅱ（2-4-9）的铰链圆半径为R1，所述直圆形柔性铰链（2-4-2）和单圆柔性铰链（2-4-4）的铰链圆半径为R2，其中，R1的取值范围为0.25~1.25mm，R2的取值范围为0.1~0.5mm。
3.一种双杆加载式大行程惯性压电驱动马达的激励方法，该激励方法是基于权利要求1所述压电马达实现；所述激励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，激发双头水平驱动机构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双头水平驱动机构与活动导轨间的摩擦阻力；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 |
|---|---|---|---|
| CN201810176961.6A CN108322089B (zh) | 2018-03-04 | 2018-03-04 | 双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810176961.6A CN108322089B (zh) | 2018-03-04 | 2018-03-04 | 双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108322089A CN108322089A (zh) | 2018-07-24 |
| CN108322089B true CN108322089B (zh) | 2019-08-27 |
Family
ID=62901056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810176961.6A Active CN108322089B (zh) | 2018-03-04 | 2018-03-04 | 双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108322089B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111043101B (zh) * | 2019-12-26 | 2022-04-01 | 长春工业大学 | 一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸 |
| CN111059097B (zh) * | 2019-12-26 | 2021-09-14 | 长春工业大学 | 一种基于超声减摩效应的环形磁耦式直线锁紧气缸 |
| CN112383241B (zh) * | 2020-11-30 | 2024-02-02 | 扬州国翱智能机械有限公司 | 一种双向惯性直线压电马达 |
| CN112910304B (zh) * | 2021-01-22 | 2022-03-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种小型多体节压电机器人及其激励方法 |
| 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 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8593033B2 (en) * | 2009-06-11 | 2013-11-26 | Micronix Usa | Multi-element, stick-slip piezo motor |
| CN204206019U (zh) * | 2014-09-30 | 2015-03-11 | 南京航空航天大学 | 压电直线电机 |
| CN105915109B (zh) * | 2016-06-06 | 2017-12-19 | 长春工业大学 | 斜拉式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 |
-
2018
- 2018-03-04 CN CN201810176961.6A patent/CN108322089B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108322089A (zh) | 2018-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108322089B (zh) | 双杆加载式大行程惯性压电驱动马达及其激励方法 | |
| CN108306546B (zh) | 紧凑型双致动组件压电粘滑驱动装置及其驱动方法 | |
| CN105827141B (zh) | 斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN206559258U (zh) | 一种预紧力可调寄生惯性运动式精密压电驱动器 | |
| CN105932902B (zh) | J型结构精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN205754053U (zh) | 具有弯钩型振幅放大功能的压电粘滑单自由度运动机构 | |
| CN205883083U (zh) | 一种采用斜梯形运动转换的精密压电粘滑直线式驱动装置 | |
| CN108199613B (zh) | 双定子固定式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 | |
| CN108173454B (zh) | 双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法 | |
| CN106272353A (zh) | 一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构 | |
| CN110912444B (zh) | 一种仿生爬行式压电驱动器 | |
| CN110798094B (zh) | 一种基于寄生惯性原理的压电直线精密驱动装置 | |
| CN108322088B (zh) | 一种采用工字形结构的压电粘滑马达及其驱动方法 | |
| CN110768571B (zh) | 一种基于寄生惯性原理的仿生爬行式压电精密驱动装置 | |
| CN108134536A (zh) | 水平双驱动型精密压电粘滑直线装置及其驱动方法 | |
| CN104362890B (zh) | 一种实现双向运动的惯性粘滑式跨尺度精密运动平台 | |
| CN101190526A (zh) | 具有缓冲能力的二自由度移动并联机构 | |
| CN210490748U (zh) | 一种基于l形柔性铰链的压电粘滑驱动器 | |
| CN110829882A (zh) | 一种t型压电驱动装置 | |
| CN101207344B (zh) | 蠕动式压电直线驱动器 | |
| CN110855181A (zh) | 一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置 | |
| CN105811802A (zh) | 一种基于柔顺足驱动的大负载、高精度、跨尺度压电直线马达 | |
| CN110752768B (zh) | 一种基于非对称三角形圆弧式柔性铰链机构的压电精密驱动装置 | |
| CN109818524A (zh) | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 | |
| CN211951355U (zh) | 一种可定位的摆臂动力装置 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |