CN109995266A - 一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合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。该复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台括转向组件和惯性运动组件，其中：转向组件与惯性运动组件固定连接，转向组件包括惯性框架和第一压电陶瓷，惯性运动组件包括惯性块、运动块和第二压电陶瓷。本发明包括转向组件与惯性运动组件，转向组件包括惯性框架和第一压电陶瓷，设置在惯性框架内的第一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平台的转向，惯性运动组件包括惯性块、运动块和第二压电陶瓷，设置在惯性块内的第二压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动运动块运动，平台在直线运动的同时也可以实现旋转运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合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，而且现有的粘滑驱动平台仅能实现直线运动，无法满足实际使用的需求。
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、微米级定位精度的复合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：一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括转向组件和惯性运动组件，其中：
转向组件与所述惯性运动组件固定连接，所述转向组件包括惯性框架和第一压电陶瓷，所述惯性框架具有第一弹性壁和第一固定壁，所述第一弹性壁和第一固定壁之间形成有第一安装空腔，所述第一安装空腔内设置有形变架体，所述第一压电陶瓷设置在所述形变架体内；
惯性运动组件包括惯性块、运动块和第二压电陶瓷，所述运动块设置在所述惯性块下方，所述惯性块具有一安装面，在所述安装面开设有沿所述惯性块的中心位置开设有贯穿所述惯性块的容置槽，所述第二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第二固定壁和第二弹性壁，所述第二压电陶瓷被定义有弹性端和固定端，所述固定端与所述第二固定壁相抵持，所述弹性端与所述第二弹性壁相抵持，所述惯性块还包括沿所述惯性块的中心线前后对称设置并向下延伸至所述运动块的延伸部，所述延伸部的下端与所述运动块接触，所述运动块的上表面中心位置向上延伸有凸起，所述凸起位于两个所述延伸部之间，所述凸起、所述延伸部及所述第二固定壁围设形成有空腔，所述空腔内放置有磁铁，在所述运动块下方设置有运动面，所述运动块通过磁铁与所述运动面之间产生摩擦力；
所述第一弹性壁和所述第一固定壁连接在所述第二固定壁上。
进一步地，所述形变架体为正多边形，所述形变架体具有偶数条边，所述第一压电陶瓷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第一弹性壁上，所述第二端点设置于所述第一固定壁上，所述第一端点和所述第二端点均连接在所述形变架体上。
进一步地，所述第一固定壁上设置有通孔，所述通孔内穿接有穿过所述惯性框架并与所述第一压电陶瓷相抵持的第一预紧螺栓。
进一步地，所述第二弹性壁包括抵持在弹性端上的第一柔性铰链、与所述第一柔性铰链相对设置的第二柔性铰链及连接在第一柔性铰链和第二柔性铰链之间的横梁。
进一步地，在所述横梁上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，其对称设置在所述横梁的左右两侧，所述凸起上对应两个第一安装孔形成有的两个第二安装孔，所述横梁通过穿过第一安装孔和第二安装孔的螺栓与运动块固定。
进一步地，在所述安装面上开设有沿所述横梁的中心线对称设置并贯穿所述安装面的两个缓冲槽，所述横梁包括横梁块本体和自所述横梁块本体的左右两侧延伸形成的第一连接部和第二连接部，所述横梁本体与第一柔性铰链、第二柔性铰链分别形成有狭槽，所述第一连接部与第一柔性铰链连接，第二连接部与第二柔性铰链连接，横梁的横梁块本体的下端与凸起接触。
进一步地，所述第二固定壁上开设有固定孔，在所述固定孔内设置有抵持所述第二压电陶瓷并为所述第二压电陶瓷提供预紧力的第二预紧螺栓。
进一步地，所述第一柔性铰链具有伸出并抵持所述第二压电陶瓷的抵持部。
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。
本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台包括转向组件与惯性运动组件，转向组件包括惯性框架和第一压电陶瓷，设置在惯性框架内的第一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平台的转向，惯性运动组件包括惯性块、运动块和第二压电陶瓷，设置在惯性块内的第二压电陶瓷随着电压的变化发生伸缩时带动运动块运动，平台在直线运动的同时也可以实现旋转运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，另外，由于空腔内设置有磁铁，可以提高运动块和运动面的摩擦力，使复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动更加稳定。
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为本发明复合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2为图1中转向组件和惯性运动组件连接处的结构示意图。
图3为图1的去除第二压电陶瓷后的俯视图。
图4为图1的仰视图。
图5为本发明复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的具体实施示意图。
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1-图5，在本发明一较佳实施例中的一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括转向组件1和惯性运动组件2，其中：转向组件1与惯性运动组件2固定连接，转向组件1包括惯性框架11和第一压电陶瓷12，惯性框架11具有第一弹性壁111和第一固定壁112，第一弹性壁111和第一固定壁112之间形成有第一安装空腔112，第一安装空腔113内设置有形变架体114，第一压电陶瓷12设置在形变架体114内，形变架体114为正多边形，形变架体114具有偶数条边，惯性框架11具有相对设置的第一端点(未图示)和第二端点(未图示)，第一端点设置于第一弹性壁111上，第二端点设置于第一固定壁112上，第一端点和第二端点均连接在形变架体114上，第一固定壁112上设置有通孔1121，通孔内穿接有穿过惯性框架11并与第一压电陶瓷12相抵持的第一预紧螺栓(未图示)。
惯性运动组件2包括惯性块21、运动块22和第二压电陶瓷23，运动块24设置在惯性块21下方，惯性块21具有一安装面211，在安装面211开设有沿惯性块21的中心位置开设有贯穿惯性块21的容置槽2111，第二压电陶瓷23安放在容置槽2111中，在容置槽2111左右两侧分别设置有第二固定壁212和第二弹性壁213，第二压电陶瓷23被定义有弹性端231和固定端232，固定端232与第二固定壁212相抵持，弹性端231与第二弹性壁213相抵持，惯性块21还包括沿惯性块21的中心线前后对称设置并向下延伸至运动块24的延伸部214，延伸部214的下端与运动块24接触，运动块24的上表面中心位置向上延伸有凸起241，凸起241位于两个延伸部214之间，凸起241、延伸部214及第二固定壁212围设形成有空腔，空腔内放置有磁铁215，在运动块24下方设置有运动面25，运动块24通过磁铁215与运动面25之间产生摩擦力；第一弹性壁111和第一固定壁112连接在第二固定壁212上。
在上述实施例中，第二弹性壁213包括抵持在弹性端231上的第一柔性铰链2311、与第一柔性铰链2311相对设置的第二柔性铰链2312及连接在第一柔性铰链2311和第二柔性铰链2312之间的横梁2313。第一柔性铰链2311具有伸出并抵持第二压电陶瓷23的抵持部2311-1。
在上述实施例中，在横梁2313上开设有沿横梁2313的中心线对称设置并贯穿横梁的第一安装孔2313-1，第一安装孔2313-1的数量为两个，其对称设置在横梁2313的左右两侧，凸起241上对应两个第一安装孔2313-1形成有的两个第二安装孔(未图示)，横梁2313通过穿过第一安装孔2313-1和第二安装孔的螺栓与运动块22固定，在安装面211上开设有沿横梁的中心线对称设置并贯穿安装面211的两个缓冲槽2112，横梁2313包括横梁块本体2313-2和自横梁块本体2313-2的左右两侧延伸形成的第一连接部2313-3和第二连接部2313-4，横梁本体2313-2与第一柔性铰链2131、第二柔性铰链2132分别形成有狭槽(未图示)，第一连接部2313-3与第一柔性铰链2131连接，第二连接部2313-4与第二柔性铰链2132连接，横梁2313的横梁块本体2313-2的下端与凸起241接触。
在上述实施例中，第二固定壁212上开设有固定孔2121，在固定孔2121内设置有抵持第二压电陶瓷23并为第二压电陶瓷23提供预紧力的第二预紧螺栓(未图示)。
在上述实施例中，容置槽2111前后两侧分别开设有避让槽2112，避让槽2112以容置槽2111的中轴线为轴对称设置，容置槽2111为矩形槽。
综上所述，本发明涉及的一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台包括转向组件1与惯性运动组件2，转向组件1包括惯性框架11和第一压电陶瓷12，设置在惯性框架11内的第一压电陶瓷12随着电压的变化发生伸缩时带动惯性框架11运动从而实现平台的转向，惯性运动组件2包括惯性块21、运动块22和第二压电陶瓷23，设置在惯性块21内的第二压电陶瓷23随着电压的变化发生伸缩时带动运动块22运动，从而实现毫米级行程、微米级定位精度，平台在直线运动的同时也可以实现旋转运动，另外，由于空腔内设置有磁铁215，可以提高运动块22和运动面4的摩擦力，使复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动更加稳定。
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 (10)
1.一种复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于，所述复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台包括转向组件和惯性运动组件，其中：
转向组件与所述惯性运动组件固定连接，所述转向组件包括惯性框架和第一压电陶瓷，所述惯性框架具有第一弹性壁和第一固定壁，所述第一弹性壁和第一固定壁之间形成有第一安装空腔，所述第一安装空腔内设置有形变架体，所述第一压电陶瓷设置在所述形变架体内；
惯性运动组件包括惯性块、运动块和第二压电陶瓷，所述运动块设置在所述惯性块下方，所述惯性块具有一安装面，在所述安装面开设有沿所述惯性块的中心位置开设有贯穿所述惯性块的容置槽，所述第二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第二固定壁和第二弹性壁，所述第二压电陶瓷被定义有弹性端和固定端，所述固定端与所述第二固定壁相抵持，所述弹性端与所述第二弹性壁相抵持，所述惯性块还包括沿所述惯性块的中心线前后对称设置并向下延伸至所述运动块的延伸部，所述延伸部的下端与所述运动块接触，所述运动块的上表面中心位置向上延伸有凸起，所述凸起位于两个所述延伸部之间，所述凸起、所述延伸部及所述第二固定壁围设形成有空腔，所述空腔内放置有磁铁，在所述运动块下方设置有运动面，所述运动块通过磁铁与所述运动面之间产生摩擦力；
所述第一弹性壁和所述第一固定壁连接在所述第二固定壁上。
2.根据权利要求1所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述形变架体为正多边形，所述形变架体具有偶数条边，所述第一压电陶瓷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第一弹性壁上，所述第二端点设置于所述第一固定壁上，所述第一端点和所述第二端点均连接在所述形变架体上。
3.根据权利要求1所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第一固定壁上设置有通孔，所述通孔内穿接有穿过所述惯性框架并与所述第一压电陶瓷相抵持的第一预紧螺栓。
4.根据权利要求1所述的复合式惯性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抵持在弹性端上的第一柔性铰链、与所述第一柔性铰链相对设置的第二柔性铰链及连接在第一柔性铰链和第二柔性铰链之间的横梁。
5.根据权利要求4所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：在所述横梁上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，其对称设置在所述横梁的左右两侧，所述凸起上对应两个第一安装孔形成有的两个第二安装孔，所述横梁通过穿过第一安装孔和第二安装孔的螺栓与运动块固定。
6.根据权利要求5所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：在所述安装面上开设有沿所述横梁的中心线对称设置并贯穿所述安装面的两个缓冲槽，所述横梁包括横梁块本体和自所述横梁块本体的左右两侧延伸形成的第一连接部和第二连接部，所述横梁本体与第一柔性铰链、第二柔性铰链分别形成有狭槽，所述第一连接部与第一柔性铰链连接，第二连接部与第二柔性铰链连接，横梁的横梁块本体的下端与凸起接触。
7.根据权利要求1所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第二固定壁上开设有固定孔，在所述固定孔内设置有抵持所述第二压电陶瓷并为所述第二压电陶瓷提供预紧力的第二预紧螺栓。
8.根据权利要求6所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述第一柔性铰链具有伸出并抵持所述第二压电陶瓷的抵持部。
9.根据权利要求1所述的复合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。
10.根据权利要求1-9任一项所述的复合式惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台台，其特征在于：所述容置槽为矩形槽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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