CN109905053A - 一种双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，属于跨尺度精密运动领域。双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性框架、压电陶瓷和运动块，惯性框架包括至少两个惯性组件，每个惯性组件具有一安装面，在安装面中心位置开设有贯穿惯性组件的容置槽，压电陶瓷安放在容置槽中，在容置槽左右两侧分别设置有固定壁和弹性壁，运动块还包括底板和磁铁底面，磁铁底面下方设置有运动面。本发明通过设置多个惯性组件，不同惯性组件运动方向的不同来实现整个运动平台的转向，每个惯性组件包括惯性框架、压电陶瓷和磁铁底面，平台通过双足的协调既可以实现平动也可以实现转动。
Description
技术领域
本发明涉及一种双足式惯性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，一般的小型平台提供的摩擦力较低，无法满足实际需要，所以需要提供一种体积小的摩擦力大的粘滑驱动平台。
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，便于转向的双足式惯性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：一种双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性框架、压电陶瓷和运动块，所述惯性框架包括至少两个惯性组件，每个所述惯性组件具有一安装面，在所述安装面中心位置开设有贯穿所述惯性组件的容置槽，所述压电陶瓷安放在所述容置槽中，在所述容置槽左右两侧分别设置有固定壁和弹性壁，所述运动块还包括底板和连接在所述底板上的磁铁底面，所述磁铁底面下方设置有运动面且所述运动面与所述磁铁底面之间产生摩擦力。
进一步地，所述所述压电陶瓷被定义有第一端和第二端，所述第一端与所述固定壁相抵持，所述第二端与所述弹性壁相抵持，每个所述弹性壁包括抵持在第二端上的横梁和连接在所述横梁右侧的柔性铰链。
进一步地，每个所述横梁上均开设有沿所述横梁的中心线对称设置并贯穿所述横梁的第一安装孔，所述第一安装孔的数量为两个，所述底板上对应两个第一安装孔形成有的两个第二安装孔，所述底板通过穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔的连接螺栓固定在所述惯性框架上。
进一步地，所述横梁包括横梁块本体和自所述横梁块本体的右侧延伸形成的连接部，所述横梁本体与柔性铰链分别形成有狭槽，所述连接部与所述柔性铰链连接，所述横梁块本体的下端与所述底板接触。
进一步地，每个所述固定壁上开设有固定孔，在所述固定孔内设置有抵持所述压电陶瓷并为所述压电陶瓷提供预紧力的压紧螺栓。
进一步地，所述容置槽前后两侧分别开设有避让槽，所述避让槽以所述容置槽的中轴线为轴对称设置。
进一步地，所述容置槽为矩形槽。
进一步地，所述惯性组件为2个。
进一步地，所述惯性框架中的惯性组件为一体化结构。
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通过设置多个惯性组件，不同惯性组件运动方向的不同来实现整个运动平台的转向，平台通过双足的协调既可以实现平动也可以实现转动，每个惯性组件包括惯性框架、压电陶瓷和磁铁底面，设置在惯性组件内的压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动惯性框架运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度。
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为本发明双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的整体结构示意图。
图3为本发明双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的实施结构示意图。
图4为图3的俯视结构示意图。
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2-图4，在本发明一较佳实施例中的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性框架1、压电陶瓷2(未图示)和运动块3，惯性框架1包括至少两个惯性组件11，每个惯性组件11具有一安装面111，在安装面111中心位置开设有贯穿惯性组件111的容置槽1111，压电陶瓷安放在容置槽1111中，在容置槽1111左右两侧分别设置有固定壁112和弹性壁113，运动块3还包括底板31和连接在底板31上的磁铁底面32，磁铁底面32下方设置有运动面4且运动面4与磁铁底面32之间产生摩擦力，在实际实施过程中，惯性组件11的数量为两个，两个惯性组件11之间构成一体化结构。
在上述实施例中，压电陶瓷2被定义有第一端21和第二端22，第一端21与固定壁112相抵持，第二端22与弹性壁113相抵持，每个弹性壁113包括抵持在第二端22上的横梁1131和连接在横梁1131右侧的柔性铰链1132。每个横梁1131上均开设有沿横梁1131的中心线对称设置并贯穿横梁1131的第一安装孔1131-1，第一安装孔1131-1的数量为两个，底板31上对应两个第一安装孔1131-1形成有的两个第二安装孔(未图示)，底板31通过穿过第一安装孔1131-1和第二安装孔311的连接螺栓固定在惯性框架1上。横梁1131包括横梁块本体1131-2和自横梁块本体1131-2的右侧延伸形成的连接部1131-3，横梁本体1131与柔性铰链1132形成有狭槽1132-1，连接部1131-3与柔性铰链1132连接，横梁块本体1131的下端与底板31接触。
在上述实施例中，每个固定壁112上开设有固定孔1121，在固定孔1121内设置有抵持压电陶瓷2并为压电陶瓷2提供预紧力的压紧螺栓。容置槽1111前后两侧分别开设有避让槽1112，避让槽1112以容置槽1111的中轴线为轴对称设置，容置槽1111为矩形槽。
在上述实施例中，双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台中的惯性组件的工作原理如图1所示
(1)第一阶段：当没有激励压电陶瓷的驱动电压时，惯性组件11和运动块2的状态不变，原型保持不变。
(2)第二阶段①②：电压缓慢上升时,压电陶瓷2是跟随电压慢慢上升而膨胀，使得柔性铰链1132弯曲变形。惯性力作用于惯性组件11，它取决于惯性组件11的质量和压电陶瓷2的加速度。此时产生的惯性力不大于运动块3中的磁铁底面与运动面4之间的摩擦力。因此，运动块3保持原位，惯性组件11中的柔性铰链1132由压电陶瓷2驱动，位移为L。
(3)第三阶段②③：电压迅速下降时，压电陶瓷2迅速萎缩。此时产生的惯性力大于运动块3中磁铁底面32与运动面4之间的摩擦力。压电陶瓷2将运动块3和惯性组件11中的柔性铰链1132拉回，运动块3移动一段距离。
(4)第四阶段③④：电压维持在零的一段时间。运动块2将处于三种状态中的任何一种:保持原位、向前滑动、向后滑动。将电压维持在零电位一段时间的目的是完全释放压电陶瓷2产生的能量，避免下一个周期电信号对平台运动的影响。
双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台直线运动的过程中，两个惯性组件11的运动方向一致，当双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台需要转向时，其中一个惯性组件11中的压电陶瓷2处于收缩状态或者静止状态，另一个惯性组件11中的压电陶瓷2处于膨胀状态，从而使得双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台向压电陶瓷2处于膨胀状态的惯性组件11的运动方向进行转向。
综上所述，本发明涉及的一种粘滑驱动跨尺度大行程运动平台通过设置多个惯性组件11，不同惯性组件11运动方向的不同来实现整个运动平台的转向，平台通过双足的协调既可以实现平动也可以实现转动，每个惯性组件11包括惯性框架1、压电陶瓷2和运动块3，设置在惯性框架1内的压电陶瓷2随着电压的变化发生伸缩时带动惯性框架1运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度。
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)
1.一种双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台具有惯性框架、压电陶瓷和运动块，所述惯性框架包括至少两个惯性组件，每个所述惯性组件具有一安装面，在所述安装面中心位置开设有贯穿所述惯性组件的容置槽，所述压电陶瓷安放在所述容置槽中，在所述容置槽左右两侧分别设置有固定壁和弹性壁，所述运动块还包括底板和连接在所述底板上的磁铁底面，所述磁铁底面下方设置有运动面且所述运动面与所述磁铁底面之间产生摩擦力。
2.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述所述压电陶瓷被定义有第一端和第二端，所述第一端与所述固定壁相抵持，所述第二端与所述弹性壁相抵持，每个所述弹性壁包括抵持在第二端上的横梁和连接在所述横梁右侧的柔性铰链。
3.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：每个所述横梁上均开设有沿所述横梁的中心线对称设置并贯穿所述横梁的第一安装孔，所述第一安装孔的数量为两个，所述底板上对应两个第一安装孔形成有的两个第二安装孔，所述底板通过穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔的连接螺栓固定在所述惯性框架上。
4.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：：所述横梁包括横梁块本体和自所述横梁块本体的右侧延伸形成的连接部，所述横梁本体与柔性铰链分别形成有狭槽，所述连接部与所述柔性铰链连接，所述横梁块本体的下端与所述底板接触。
5.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：每个所述固定壁上开设有固定孔，在所述固定孔内设置有抵持所述压电陶瓷并为所述压电陶瓷提供预紧力的压紧螺栓。
6.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述容置槽前后两侧分别开设有避让槽，所述避让槽以所述容置槽的中轴线为轴对称设置。
7.根据权利要求7所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述容置槽为矩形槽。
8.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述惯性组件为2个。
9.根据权利要求1所述的双足式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述惯性框架中的惯性组件为一体化结构。
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