CN109039146A - 一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括惯性组件、压电陶瓷、运动组件和弹性形变组件，惯性组件包括惯性传动部件和与惯性传动部件相连接的摩擦部件，压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，压电陶瓷的第一端与惯性传动部件相连接，压电陶瓷的第二端与运动组件相连接，弹性形变组件包括相对设置的弹性形变组件第一端和弹性形变组件第二端，弹性形变组件第一端与运动组件相接触，弹性形变组件第二端与惯性传动部件相接触，惯性组件的摩擦部件包括磁性摩擦底面和沿磁性摩擦底面纵向方向设置于摩擦部件底部的非磁性滑动件。该精密运动平台结构简单，制作工艺简单，制造成本较低，可实现跨尺度的精密定位，且可实现爬坡式运动。

Description

一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台

技术领域

本发明涉及一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，属于微位移领域。

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。

通常基于压电陶瓷的精密驱动装置主要有直接驱动式、杠杆放大式、椭圆放大式及菱形放大式和尺蠖式精密定位平台，然而以上前三种精密定位平台的位移都限制在几百微米以内，不能够实现跨尺度的精密定位，而尺蠖式精密定位平台结构较为复杂，从而导致制作工艺复杂、制造成本较高，且不易实现爬坡式运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，该惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台结构简单，制作工艺简单，制造成本较低，可实现跨尺度的精密定位，且该精密运动平台可实现爬坡式运动。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括惯性组件、压电陶瓷、运动组件和弹性形变组件，所述惯性组件包括惯性传动部件和与所述惯性传动部件相连接的摩擦部件，所述压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，所述压电陶瓷的第一端与所述惯性传动部件相连接，所述压电陶瓷的第二端与所述运动组件相连接，所述弹性形变组件包括相对设置的弹性形变组件第一端和弹性形变组件第二端，所述弹性形变组件第一端与所述运动组件相接触，所述弹性形变组件第二端与所述惯性传动部件相接触，所述惯性组件的摩擦部件包括磁性摩擦底面和沿所述磁性摩擦底面纵向方向设置于摩擦部件底部的非磁性滑动件。

进一步地，所述运动组件为圆筒状，所述压电陶瓷和所述惯性传动部件位于所述运动组件的圆筒内。圆筒状的设置可对压电陶瓷和惯性传动部件起保护作用。

进一步地，所述运动组件包括分别位于圆筒两端的运动传动部件和运动输出部件，所述运动传动部件与所述压电陶瓷的第二端相连接，所述运动输出部件与所述弹性形变组件第一端相接触。

进一步地，所述惯性传动部件和所述摩擦部件通过惯性输出部件相连接。

进一步地，所述惯性传动部件通过连接件与所述惯性输出部件连接，所述运动输出部件穿设有圆孔，所述连接件穿过所述圆孔设置，所述连接件与所述圆孔的孔壁不接触。

进一步地，所述连接件为圆柱状连接件。

进一步地，所述惯性输出部件的截面呈倒T形。

进一步地，所述非磁性滑动件对称的设置于所述摩擦部件的摩擦底面的两侧。使惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台保持平衡。

本发明的有益效果在于：本发明通过压电陶瓷、分别与压电陶瓷相对设置的两端相连接的运动组件和惯性组件，以及与运动组件和惯性组件相接触的弹性形变组件，使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组件运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，磁性摩擦底面的设置可使该精密运动平台实现爬坡式运动，本惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台结构简单，制作工艺简单，制造成本较低，可实现跨尺度的精密定位，且可实现爬坡式运动。

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为本发明实施例中惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的结构示意图；

图3为本发明实施例中惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的正视图；

图4为本发明实施例中惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的爬坡状态示意图；

其中：

1.压电陶瓷，2.运动组件，21.运动传动部件，22.运动输出部件，3.惯性传动部件，4.摩擦部件，41.磁性摩擦底面，42.非磁性滑动件，5.惯性输出部件，6.连接件，7.弹性形变组件，8.圆孔。

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。

实施例一

如图1所示，图1为惯性粘滑驱动原理示意图。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，当驱动电压缓慢增加①-②时，压电陶瓷逐渐伸长，惯性组件在摩擦力的作用下保持原位，而运动组件向远离惯性组件的方向产生了微位移，运动组件运动的微位移量为A1；当电压达到一定值后，电压快速下降②-③时，压电陶瓷快速缩短，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；当电压下降到一定值后③-④，由于剩余动能的作用，惯性组件继续发生运动，产生了微位移。就这样，在一个驱动周期内，惯性组件相对原始位置发生了A2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。

如图2、图3和图4所示，一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括惯性组件、压电陶瓷1、运动组件2和弹性形变组件7，惯性组件包括惯性传动部件3和与惯性传动部件3相连接的摩擦部件4，压电陶瓷1具有相对设置的第一端和第二端，压电陶瓷1的第一端与惯性传动部件3相连接，压电陶瓷1的第二端与运动组件2相连接，压电陶瓷1对运动组件2起支撑作用，弹性形变组件7包括相对设置的弹性形变组件第一端和弹性形变组件第二端，弹性形变组件第一端与运动组件2相接触，弹性形变组件第二端与惯性传动部件3相接触，惯性组件的摩擦部件4包括磁性摩擦底面41和非磁性滑动件42，非磁性滑动件42沿磁性摩擦底面41纵向方向设置于摩擦部件4底部。

在上述实施例中，运动组件2为圆筒状，压电陶瓷1和惯性传动部件3位于运动组件2的圆筒内，圆筒的两端分别为运动传动部件21和运动输出部件22，运动传动部件21与压电陶瓷1的第二端相连接，运动输出部件22与弹性形变组件第一端相接触。

在上述实施例中，惯性传动部件3和摩擦部件4依次通过连接件6和惯性输出部件5相连接，运动组件2的运动输出部件22穿设有圆孔8，连接件6穿过圆孔8与惯性传动部件3连接，且连接件6与圆孔8的孔壁不接触，从而使连接件6与运动组件2之间无摩擦力。

在上述实施例中，连接件6为圆柱状连接件6，惯性输出部件5的截面呈倒T形。

在上述实施例中，在摩擦部件4的磁性摩擦底面41的两侧，对称的设置有两个非磁性滑动件42。以使惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台保持平衡。

具体实施时，该惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台在包括有磁性面的轨道上运动，磁性面与惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的磁性摩擦底面41相对应以产生磁吸力，当对压电陶瓷1施加一缓慢增大的电压时，压电陶瓷1逐渐增长，由于摩擦部件4的磁性摩擦底面41与轨道上的磁性面产生了磁吸力，进而使摩擦部件4与轨道之间具有摩擦力，而由于连接件6与运动组件2之间无摩擦力，惯性组件在摩擦力的作用下保持原位，而运动组件2向远离惯性输出部件5的方向产生微位移，同时使运动输出部件22和惯性传动部件3发生相对运动，使弹性形变组件7发生形变，当电压达到一定值后，电压快速下降，压电陶瓷1快速缩短，进而在弹性形变组件7恢复其形变的作用力下，运动组件2和惯性组件在相反的方向产生不同的微位移，当电压下降到一定值后，由于剩余动能的作用，惯性组件继续发生运动，产生了微位移。就这样，完成了一个周期的运动，重复上述运动，可使惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台实现一定的微位移量，由于该惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台在包括有磁性面的轨道上运动，因此可实现爬坡式运动。

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 (8)

1.一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，包括惯性组件、压电陶瓷、运动组件和弹性形变组件，所述惯性组件包括惯性传动部件和与所述惯性传动部件相连接的摩擦部件，所述压电陶瓷具有相对设置的第一端和第二端，所述压电陶瓷的第一端与所述惯性传动部件相连接，所述压电陶瓷的第二端与所述运动组件相连接，所述弹性形变组件包括相对设置的弹性形变组件第一端和弹性形变组件第二端，所述弹性形变组件第一端与所述运动组件相接触，所述弹性形变组件第二端与所述惯性传动部件相接触，所述惯性组件的摩擦部件包括磁性摩擦底面和沿所述磁性摩擦底面纵向方向设置于摩擦部件底部的非磁性滑动件。

2.根据权利要求1所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述运动组件为圆筒状，所述压电陶瓷和所述惯性传动部件位于所述运动组件的圆筒内。

3.根据权利要求2所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述运动组件包括分别位于圆筒两端的运动传动部件和运动输出部件，所述运动传动部件与所述压电陶瓷的第二端相连接，所述运动输出部件与所述弹性形变组件第一端相接触。

4.根据权利要求3所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述惯性传动部件和所述摩擦部件通过惯性输出部件相连接。

5.根据权利要求4所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述惯性传动部件通过连接件与所述惯性输出部件连接，所述运动输出部件穿设有圆孔，所述连接件穿过所述圆孔设置，所述连接件与所述圆孔的孔壁不接触。

6.根据权利要求5所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述连接件为圆柱状连接件。

7.根据权利要求6所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述惯性输出部件的截面呈倒T形。

8.根据权利要求1所述的一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述非磁性滑动件对称的设置于所述摩擦部件的摩擦底面的两侧。