CN108923682B - 一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台 - Google Patents

一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，属于跨尺度精密运动领域。该粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括惯性框架、压电陶瓷和滑动块，所述惯性框架具有弹性壁、固定壁以及对称设置的两个侧壁，所述弹性壁、固定壁和侧壁围设形成安装空腔，所述安装空腔内设置有形变架体，所述压电陶瓷设置在所述形变架体内，弹性壁下方与所述滑动块连接，所述滑动块上表面与所述惯性框架接触并产生摩擦力。本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台能够实现毫米级行程、微米级定位精度，可以放大压电陶瓷的位移，提高粘滑驱动跨尺度大行程运动平台的运动距离，结构简单，使用方便，适用范围广。

Description

一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台
技术领域
本发明涉及一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，属于跨尺度精密运动领域。
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亚/微米级、微/纳米级的超精密驱动机构。
具有微米级运动分辨率，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。惯性粘滑驱动相对于其它类跨尺度运动驱动方式，驱动原理简单、方便、控制简单，且具有运动范围大、分辨率高、结构简单、易微小化和精确定位等优点，因此惯性粘滑驱动是目前出现的跨尺度驱动中应用较多的一种方式。惯性粘滑驱动的工作原理主要是以摩擦力作为驱动源，利用粘滑效应实现被驱动体的微小移动。近年来，把压电陶瓷作为驱动源的微驱动技术渐渐兴起，压电陶瓷具备许多优良的特性，如体积小、频响高、发热少、输出力大、无噪声、性能稳定等，充分满足微纳精密定位的要求。
现有的惯性粘滑驱动结构复杂，位移范围小。无法满足大尺寸精密运动的需求，所以需要提供一种结构简单，位移范围大的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，使用方便，能够对压电陶瓷的的位移进行放大的，使用范围广的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括惯性框架、压电陶瓷和滑动块，所述惯性框架具有弹性壁、固定壁以及对称设置的两个侧壁，所述弹性壁、固定壁和侧壁围设形成安装空腔，所述安装空腔内设置有形变架体，所述压电陶瓷设置在所述形变架体内，所述形变架体与两个所述侧壁之间形成有间隙以分别构成第一缓冲腔和第二缓冲腔，所述形变架体为正多边形，所述形变架体具有偶数条边，所述惯性框架具有相对设置的第一端点和第二端点，所述第一端点设置于所述弹性壁上，所述第二端点设置于所述固定壁上，所述压电陶瓷沿两个侧壁之间的间距方向伸缩，所述第一端点和所述第二端点均连接在所述形变架体上，所述弹性壁上开设有安装孔，所述弹性壁下方与所述滑动块连接，所述滑动块上表面与所述惯性框架接触并产生摩擦力。
进一步地，所述侧壁上设置有通孔，所述通孔内穿接有与穿过所述惯性框架与压电陶瓷相抵持的预紧螺栓。通过预紧螺栓可以调节压电陶瓷的预紧力，以适应不同的现场环境。
进一步地，所述弹性壁包括两个对称设置的微调臂、形成在两个微调臂内侧的变形框及连接变形框和微调臂的连接部，两个所述微调臂分别对称设置在所述弹性壁的左右两侧，两个变形框分别对称设置在所述弹性壁的上下两侧，两个所述微调臂以两个变形框中点的连接线为中心线左右对称，两个所述变形框以第一端点和第二端点的连接线为中心线对称设置；每个所述变形框呈“匚”字形，且两个变形框的开口相对设置。
进一步地，所述惯性框架上形成有安装槽，所述安装槽位于所述微调臂的下方。
进一步地，所述固定壁上开设有对称设置的固定孔。
进一步地，所述安装槽内设置有位移传感器。通过位移传感器可以实时检测滑动块的位移情况，便于对粘滑驱动跨尺度大行程运动平台的运动状况进行控制。
进一步地，所述位移传感器为光栅传感器。
进一步地，所述形变架体为正六边形。
进一步地，所述安装孔内穿接有用于将弹性壁与所述滑动块固定的固定螺栓。
进一步地，所述滑动块与所述惯性框架可拆卸式连接。滑动块与惯性框架可拆卸式连接便于根据需求更换滑动块。
本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括惯性框架、压电陶瓷和滑动块，设置在惯性框架内的压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动滑动块运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，另外，由于压电陶瓷通过向上下方向运动来拉动侧面的弹性壁来带动滑动块运动，可以放大压电陶瓷的位移，提高粘滑驱动跨尺度大行程运动平台的运动距离，结构简单，使用方便，适用范围广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为惯性粘滑驱动原理示意图。
图2为本发明粘滑驱动跨尺度大行程运动平台平面结构示意图。
图3为图1中粘滑驱动跨尺度大行程运动平台立体结构示意图。
图4为图2中粘滑驱动跨尺度大行程运动平台反面结构示意图。
图中：1、惯性框架；11、弹性壁；111、微调臂；112、变形框；113、连接部；114、安装孔；12、固定壁；121、固定孔；13、侧壁；131、通孔；14、安装空腔；15、安装槽；2、形变架体；3、第一缓冲腔；4、第二缓冲腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，参照图1，本发明涉及的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台中的惯性粘滑驱动系统的驱动原理。惯性粘滑驱动系统由弹性压电组件、运动组件和惯性组件组成，图中左侧为电压驱动信号，右侧为相应的惯性粘滑驱动系统在驱动信号下的运动情况。在运动初期，驱动电压缓慢增加，弹性压电组件缓慢伸长，从而使运动组件和惯性组件在相反的方向产生不同的微位移，弹性压电组件的变形量为△X；当电压达到一定值后，电压快速下降，弹性压电组件快速缩短，惯性组件保持原位，运动组件向着惯性组件的方向快速运动。就这样，在一个驱动周期内，运动组件相对原始位置发生了△X的位移。对弹性压电组件持续施加这种电压驱动信号，便可实现惯性粘滑驱动系统的运动，这就是惯性粘滑驱动原理。由于弹性压电组件的伸缩量很小，因此惯性粘滑驱动系统最小可获得几微米的步长，而且步长随着驱动电压连续可调。
如图2-图4所示，在本发明一较佳实施例中的一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括弹性压电组件、运动组件和惯性组件，具体实施时弹性压电组件采用压电陶瓷5、惯性组件采用惯性框架1、运动组件采用滑动块(未图示)，惯性框架1具有弹性壁11、固定壁12以及对称设置的两个侧壁13，弹性壁11、固定壁12和侧壁13围设形成安装空腔14，安装空腔14内设置有形变架体2，压电陶瓷5设置在形变架体2内，形变架体2与两个侧壁14之间形成有间隙以分别构成第一缓冲腔3和第二缓冲腔4，形变架体2为正多边形，形变架体2具有偶数条边，惯性框架1具有相对设置的第一端点(未图示)和第二端点(未图示)，第一端点设置于弹性壁11上，第二端点设置于弹性壁11上，压电陶瓷5沿两个侧壁14之间的间距方向伸缩，第一端点和所述第二端点均连接在形变架体2上，弹性壁11上开设有安装孔114，固定壁12下方与滑动块连接，滑动块上表面与惯性框架1接触并产生摩擦力。
在上述实施例中，侧壁13上设置有通孔131，通孔131内穿接有与穿过所述惯性框架1与压电陶瓷5相抵持的预紧螺栓(未图示)，通过该预紧螺栓可以对压电陶瓷5进行预紧，以适应不同情况的现场环境。
在上述实施例中，弹性壁11包括两个对称设置的微调臂111、形成在两个微调臂111内侧的变形框112及连接变形框112和微调臂111的连接部113，两个所述微调臂111分别对称设置在所述弹性壁11的左右两侧，两个变形框112分别对称设置在所述弹性壁11的上下两侧，两个微调臂111以两个变形框112中点的连接线为中心线左右对称，两个变形框112以第一端点和第二端点的连接线为中心线对称设置；每个变形框112呈“匚”字形，且两个变形框112的开口相对设置，第一端点通过微调臂111连接至所述连接部113，固定壁12上开设有对称设置的固定孔121
在上述实施例中固定壁12，惯性框架1上形成有安装槽15，安装槽15位于所述固定壁111的下方，在上述实施例中，安装槽15内设置有位移传感器(未图示)，具体使用时，位移传感器为光栅传感器(未图示)。
在上述实施例中，安装孔114内穿接有用于将弹性壁与所述滑动块固定的固定螺栓，滑动块与惯性框架1可拆卸式连接，便于根据需求更换滑动块。
具体实施的过程中，驱动电压迅速增加，压电陶瓷5快速向前后方向伸长，使形变架体2向前后方向伸长，左右方向收缩，由于右侧固定壁12的阻挡，形变架体2的右侧无法收缩，收缩主要集中在形变架体2左侧，形变架体2拉动弹性壁11，从而将压电陶瓷5的前后方向的位移转化为左右方向的位移，并对位移距离进行放大，然后弹性壁11拉动滑动块克服滑动块与惯性框架1之间的摩擦力，带动滑动块滑动。
上述粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括惯性框架1、压电陶瓷5和滑动块，设置在惯性框架1内的压电陶瓷5随着电压的变化发生伸缩时带动滑动块运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，另外，由于压电陶瓷5通过向上下方向运动来拉动侧面的弹性壁11来带动滑动块运动，可以放大压电陶瓷5的位移，提高粘滑驱动跨尺度大行程运动平台的运动距离，结构简单，使用方便，适用范围广。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述粘滑驱动跨尺度大行程运动平台包括惯性框架、压电陶瓷和滑动块，所述惯性框架具有弹性壁、固定壁以及对称设置的两个侧壁，所述弹性壁、固定壁和侧壁围设形成安装空腔，所述安装空腔内设置有形变架体，所述压电陶瓷设置在所述形变架体内，所述形变架体与两个所述侧壁之间形成有间隙以分别构成第一缓冲腔和第二缓冲腔，所述形变架体为正多边形，所述形变架体具有偶数条边，所述惯性框架具有相对设置的第一端点和第二端点，所述第一端点设置于所述弹性壁上，所述第二端点设置于所述固定壁上，所述压电陶瓷沿两个侧壁之间的间距方向伸缩，所述第一端点和所述第二端点均连接在所述形变架体上，所述弹性壁上开设有安装孔，所述固定壁下方与所述滑动块连接，所述滑动块上表面与所述惯性框架接触并产生摩擦力，所述弹性壁包括两个对称设置的微调臂、形成在两个微调臂内侧的变形框及连接变形框和微调臂的连接部，两个所述微调臂分别对称设置在所述弹性壁的左右两侧，两个变形框分别对称设置在所述弹性壁的上下两侧，两个所述微调臂以两个变形框中点的连接线为中心线左右对称，两个所述变形框以第一端点和第二端点的连接线为中心线对称设置；每个所述变形框呈“匚”字形，且两个变形框的开口相对设置。
2.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述侧壁上设置有通孔，所述通孔内穿接有与穿过所述惯性框架与所述压电陶瓷相抵持的预紧螺栓。
3.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述惯性框架上形成有安装槽，所述安装槽位于所述微调臂的下方。
4.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述固定壁上开设有对称设置的固定孔。
5.根据权利要求3所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述安装槽内设置有位移传感器。
6.根据权利要求5所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述位移传感器为光栅传感器。
7.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述形变架体为正六边形。
8.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述安装孔内穿接有用于将弹性壁与所述滑动块固定的固定螺栓。
9.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度大行程运动平台，其特征在于：所述滑动块与所述惯性框架可拆卸式连接。
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