CN108923683B - 一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台 - Google Patents

一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，属于跨尺度精密运动领域。该微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性块、运动块和压电陶瓷，惯性块具有一安装面，在安装面上开设有沿所述惯性块的中心线对称设置并贯穿所述惯性块的两个凹槽，每个所述凹槽呈“匚”字形，且两个凹槽的开口相背设置，在凹槽左右两侧分别设置有第一弹性壁和第二弹性壁，在第一弹性壁和第二弹性壁之间形成有在惯性块内的安装槽，压电陶瓷安放在安装槽内。该微型惯性粘滑式跨尺度运动平台结构简单，体积小，制作工艺简单，制造成本较低，且可实现跨尺度的精密定位。

Description

一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台
技术领域
本发明涉及一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，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。
现有的压电陶瓷的精密驱动装置由于结构复杂，其体积较大，无法适应小空间内设备的粘滑驱动的需求，所以需要提供一种体积小的粘滑驱动平台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、能够实现毫米级行程、微米级定位精度的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性块、运动块和压电陶瓷，所述惯性块具有一安装面，在所述安装面上开设有沿所述惯性块的中心线对称设置并贯穿所述惯性块的两个凹槽，每个所述凹槽呈“匚”字形，且两个所述凹槽的开口相背设置，在所述凹槽左右两侧分别设置有第一弹性壁和第二弹性壁，所述第一弹性壁和所述第二弹性壁的数量均为一个，在所述第一弹性壁和所述第二弹性壁之间形成有在所述惯性块内的安装槽，所述压电陶瓷安放在所述安装槽内，所述压电陶瓷被定义有第一端和第二端，所述第一端与所述第一弹性壁相抵持，所述第二端与所述第二弹性壁相抵持，所述压电陶瓷上方设置有横梁，所述横梁两侧分别与所述第一弹性壁和所述第二弹性壁连接，所述横梁下端与所述运动块连接，所述运动块设置在所述惯性块下方且与所述惯性块之间具有摩擦力。
进一步地，所述凹槽的外侧对称设置有固定块，所述固定块上开设有连接孔，所述连接孔内穿接有用于压电陶瓷供电的电连接线。
进一步地，所述第二弹性壁外侧具有开设在所述安装面上的固定凹槽，所述固定凹槽贯穿所述惯性块。
进一步地，所述第一弹性壁具有向内伸入与固定块接触的第一T形块。
进一步地，所述第二弹性壁具有向内伸入与固定块接触的第二T形块。
进一步地，所述横梁上开设有固定孔。通过开设在横梁上的固定孔来连接运动块，方便快捷。
进一步地，所述第一弹性壁包括沿所述安装面的中心线为轴对称设置的两个弹性臂。
进一步地，所述第二弹性壁包括沿所述安装面的中心线为轴对称设置的两个弹性臂。
进一步地，所述横梁下端与所述运动块可拆卸式连接。方便对运动块进行更换以适应不同的运动环境。
进一步地，所述第二弹性壁外侧设置有与所述第二弹性壁相抵持以压紧所述压电陶瓷的预紧螺栓。预紧螺栓的端部伸入固定凹槽中与第二弹性壁抵持，以方便调整压电陶瓷的预紧力。
本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，具有惯性块、运动块和压电陶瓷，设置在惯性块内的压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动运动组件和惯性块运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，该微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台结构简单，体积小，制作工艺简单，制造成本较低，且可实现跨尺度的精密定位。
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是惯性粘滑驱动原理示意图。
图2是本发明微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台的平面结构示意图。
图3是本发明微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台的立体结构示意图。
图4是本发明微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台的底面结构示意图。
图中：1、惯性块；11、安装面；111、凹槽；112、第一弹性壁；1121、第一T形块；113、第二弹性壁；1131、固定凹槽；1132、第二T形块：114、固定块；1141、固定孔；115、横梁；1151、连接孔；2、预紧螺栓；3、运动块。
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。
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压电陶瓷、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，驱动电压迅速增加，压电陶瓷快速伸长，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，惯性组件运动的微位移量为△X；当电压达到一定值后，电压缓慢下降，压电陶瓷逐渐缩短，惯性组件在摩擦力的作用下保持原位，运动组件向着惯性组件的方向运动。就这样，在一个驱动周期内，惯性组件相对原始位置发生了△X的位移。对压电陶瓷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。由于压电陶瓷的伸缩量很小，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。
参照图2-图4，在本发明一较佳实施例中的一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，具有压电陶瓷、运动组件和惯性组件，在具体实施时惯性组件采用惯性块1，运动组件采用运动块3，惯性块1具有一安装面11，在安装面11上开设有沿所述惯性块1的中心线对称设置并贯穿惯性块1的两个凹槽111，每个凹槽111呈“匚”字形，且两个凹槽111的开口相背设置，在凹槽111左右两侧分别设置有第一弹性壁112和第二弹性壁113，所述第一弹性壁112和所述第二弹性壁113的数量均为一个，在第一弹性壁112和所述第二弹性壁113之间形成有在惯性块1内的安装槽(未图示)，压电陶瓷安放在安装槽内，压电陶瓷被定义有第一端(未图示)和第二端(未图示)，第一端与第一弹性壁112相抵持，第二端与所述第二弹性壁113相抵持，压电陶瓷上方设置有横梁114，横梁114两侧分别与第一弹性壁112和所述第二弹性壁113连接，横梁114下端与运动块3连接，运动块3设置在惯性块1下方且与惯性块1之间具有摩擦力。
在上述实施例中，凹槽111的外侧设置有固定块14，固定块14上开设有连接孔141，连接孔141内穿接有用于压电陶瓷供电的电连接线(未图示)。
在上述实施例中，第二弹性壁112外侧具有开设在安装面11上的固定凹槽1121，固定凹槽1131贯穿所述惯性块1，第二弹性壁外侧设置有与第二弹性壁113相抵持以压紧压电陶瓷的预紧螺栓(未图示)。预紧螺栓的端部伸入固定凹槽中与第二弹性壁113抵持，以方便调整压电陶瓷的预紧力。
在上述实施例中，第一弹性壁112具有向内伸入与固定块14接触的第一T形块1121，第二弹性壁113具有向内伸入与固定块14接触的第二T形块1132。
在上述实施例中地，横梁115上开设有固定孔1151。通过开设在横梁115上的固定孔1151来连接运动块3，方便快捷，横梁115下端与运动块3可拆卸式连接。方便对运动3块进行更换以适应不同的运动环境。
在上述实施例中所述第一弹性壁112包括沿安装面11的中心线为轴对称设置的两个弹性臂1122，第二弹性壁113包括沿安装面11的中心线为轴对称设置的两个弹性臂1133。
上述微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，具有惯性块1、运动块3和压电陶瓷，设置在惯性块1内的压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动运动块3和惯性块1运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，该微型惯性粘滑式跨尺度运动平台结构简单，由于压电陶瓷设置在惯性块1内部，可以减少惯性粘滑式跨尺度运动平台的空间占用，使之体积缩小，制作工艺简单，制造成本较低，且可实现跨尺度的精密定位。
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)

1.一种微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性块、运动块和压电陶瓷，所述惯性块具有一安装面，在所述安装面上开设有沿所述惯性块的中心线对称设置并贯穿所述惯性块的两个凹槽，每个所述凹槽呈“匚”字形，且两个所述凹槽的开口相背设置，在所述凹槽左右两侧分别设置有第一弹性壁和第二弹性壁，所述第一弹性壁和所述第二弹性壁的数量均为一个，在所述第一弹性壁和所述第二弹性壁之间形成有在所述惯性块内的安装槽，所述压电陶瓷安放在所述安装槽内，所述压电陶瓷被定义有第一端和第二端，所述第一端与所述第一弹性壁相抵持，所述第二端与所述第二弹性壁相抵持，所述压电陶瓷上方设置有横梁，所述横梁两侧分别与所述第一弹性壁和所述第二弹性壁连接，所述横梁下端与所述运动块连接，所述运动块设置在所述惯性块下方且与所述惯性块之间具有摩擦力，所述横梁上开设有固定孔，所述横梁通过所述固定孔来连接所述运动块。
2.根据权利要求1所述的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述凹槽的外侧对称设置有固定块，所述固定块上开设有连接孔，所述连接孔内穿接有用于压电陶瓷供电的电连接线。
3.根据权利要求1所述的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第二弹性壁外侧具有开设在所述安装面上的固定凹槽，所述固定凹槽贯穿所述惯性块。
4.根据权利要求1所述的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第一弹性壁具有向内伸入与固定块接触的第一T形块。
5.根据权利要求1所述的微型粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第二弹性壁具有向内伸入与固定块接触的第二T形块。
6.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第一弹性壁包括沿所述安装面的中心线为轴对称设置的两个弹性臂。
7.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第二弹性壁包括沿所述安装面的中心线为轴对称设置的两个弹性臂。
8.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述横梁下端与所述运动块可拆卸式连接。
9.根据权利要求1所述的粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第二弹性壁外侧设置有与所述第二弹性壁相抵持以压紧所述压电陶瓷的预紧螺栓。
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