CN109995268A - 双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，包括底座，设置在底座上的正向压电驱动器、反向压电驱动器、柔性铰链共享驱动机构和导轨模块；所述正向压电驱动器、反向压电驱动器通过调节螺丝与所述柔性铰链共享驱动机构连接；通过调节螺丝进行调节，令所述柔性铰链共享驱动机构与所述导轨模块接触。本发明还提供一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置的驱动方法，通过利用两个压电驱动器和一个柔性铰链共享驱动机构，使得正向驱动和反向驱动都是以“粘‑滑”过程工作，且都在“粘”的过程中将滑块夹紧，增加驱动力，“滑”过程将滑块松开，减小摩擦阻力，从而有效提升压电粘滑驱动的正反双向的驱动力及带负载能力。
Description
技术领域
本发明涉及精密驱动与定位技术领域，更具体的，涉及一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，还涉及该驱动装置的驱动方法。
背景技术
微纳米定位技术广泛应用于在工业，航空航天，医疗，光学等领域，如MEMS和光电子设备的测试与制造，显微成像，细胞操控，未注射。随着科学技术的发展，对微纳米定位驱动器的要求也越来越高，不仅对其精度要求越来越高，对其形成要求也越来越大。压电粘滑驱动器因其驱动形成大，驱动精度高，可实现无电压自锁等优点，是一种很有潜力和前景的微纳米定位驱动器。然而现有压电粘滑驱动装置和驱动方法无法同时提高正反向驱动力，该技术缺陷是现有驱动器应用与发展的重大瓶颈。
发明内容
本发明为克服现有的压电粘滑驱动装置和驱动方法无法同时提高正反向驱动力的技术缺陷，提供一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置。
本发明还提供该驱动装置的驱动方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，包括底座，设置在底座上的正向压电驱动器、反向压电驱动器、柔性铰链共享驱动机构和导轨模块；其中：
所述正向压电驱动器、反向压电驱动器通过调节螺丝与所述柔性铰链共享驱动机构连接；
通过调节螺丝进行调节，令所述柔性铰链共享驱动机构与所述导轨模块接触。
其中，所述柔性铰链共享驱动机构为一体化结构。
其中，所述柔性铰链共享驱动机构包括圆形柔性铰链组、梁柔性铰链组和连接结构；其中所述圆形柔性铰链组与所述梁柔性铰链组固定连接；所述连接结构与所述梁柔性铰链组固定连接；
所述连接结构上设置有多个连接孔，通过螺丝将所述柔性铰链共享驱动机构固定在所述底座上，通过调节螺丝与所述正向压电驱动器、反向压电驱动器连接。
其中，所述连接孔包括5个横向孔和2个纵向孔；所述螺丝通过所述横向孔将所述柔性铰链共享驱动机构固定在底座上；所述调节螺丝通过所述纵向孔将所述正向压电驱动器、反向压电驱动器与所述柔性铰链共享驱动机构连接。
其中，所述导轨模块包括交叉滚子导轨、滑块和导轨定子；
所述导轨定子通过螺丝将所述导轨模块固定在所述底座上；
所述滑块与所述导轨定子通过所述交叉滚子导轨连接；所述滑块与所述交叉滚子导轨之间能相互运动。
其中，所述底座为一体成型结构，底座上设置有多个连接口，用于固定所述柔性铰链共享驱动机构和所述导轨模块；还设置有导轨槽，所述导轨模块安装在所述导轨槽中。
双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置的驱动方法，包括以下步骤：
S1：安装并调节好驱动装置；
S2：根据驱动方向对相应驱动器输入一个缓慢增加快速下降的三角波，所述驱动方向包括正向驱动和反向驱动；
S3：电压缓慢上升时，驱动器缓慢伸长，所述柔性铰链共享驱动机构在驱动点产生一个向前运动的同时还产生一个向上的寄生运动，将所述滑块夹紧；
S4：电压快速下降时，驱动器快速回缩，所述柔性铰链共享驱动机构在驱动点产生一个向后缩回的同时还产生一个向下的寄生运动，将所述滑块松开；
S5：连续输入三角波，实现对所述滑块的驱动。
其中，所述步骤S2具体为：
当正向驱动时，所述反向压电驱动器不工作，即不输入电压，所述正向压电驱动器输入一个缓慢增加快速下降的三角波；
当反向驱动时，所述正向压电驱动器不工作，即不输入电压，所述反向压电驱动器输入一个缓慢增加快速下降的三角波。
上述方案中，当驱动器将所述滑块夹紧时，滑块与驱动点不产生相对运动，此过程为“粘”；当驱动器将所述滑块松开时，滑块与驱动点产生滑动，此过程为“滑”，从而产生一个向前的净位移。
上述方案中，无论是正向驱动还是反向驱动，都是以“粘-滑”过程工作，且都使驱动点在“粘”的过程中将滑块夹紧，增加驱动力，“滑”过程将滑块松开，减小摩擦阻力，从而有效提升压电粘滑驱动在正反双向的驱动力及带负载能力。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置及其驱动方法，通过利用两个压电驱动器和一个柔性铰链共享驱动机构，使得正向驱动和反向驱动都是以“粘-滑”过程工作，且都在“粘”的过程中将滑块夹紧，增加驱动力，“滑”过程将滑块松开，减小摩擦阻力，从而有效提升压电粘滑驱动的正反双向的驱动力及带负载能力，克服现有压电粘滑驱动装置及现有驱动方法无法同时提供正反双向驱动力的缺陷。
附图说明
图1为本发明中驱动装置结构示意图；
图2为本发明中柔性铰链共享驱动机构结构示意图；
图3为本发明中导轨模块结构示意图；
图4为本发明中底座结构示意图；
图5为本发明驱动方法的流程示意图；
图6为本发明样机的驱动原理示意图。
其中：1、底座；11、连接口；12、导轨槽；2、正向压电驱动器；3、反向压电驱动器；4、柔性铰链共享驱动机构；41、圆形柔性铰链组；42、梁柔性铰链组；43、连接结构；431、连接孔；4311、横向孔；4312、纵向孔；432、螺丝；5、导轨模块；51、交叉滚子导轨；52、滑块；53、导轨定子；6、调节螺丝。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，包括底座1，设置在底座1上的正向压电驱动器2、反向压电驱动器3、柔性铰链共享驱动机构4和导轨模块5；其中：
所述正向压电驱动器2、反向压电驱动器3通过调节螺丝6与所述柔性铰链共享驱动机构4连接；
通过调节螺丝6进行调节，令所述柔性铰链共享驱动机构4与所述导轨模块5接触。
更具体的，如图2所示，所述柔性铰链共享驱动机构4为一体化结构。
更具体的，所述柔性铰链共享驱动机构4包括圆形柔性铰链组41、梁柔性铰链组42和连接结构43；其中所述圆形柔性铰链组41与所述梁柔性铰链组42固定连接；所述连接结构43与所述梁柔性铰链组42固定连接；
所述连接结构43上设置有多个连接孔431，通过螺丝432将所述柔性铰链共享驱动机构4固定在所述底座1上，通过调节螺丝6与所述正向压电驱动器2、反向压电驱动器3连接。
更具体的，所述连接孔431包括5个横向孔4311和2个纵向孔4312；所述螺丝432通过所述横向孔4311将所述柔性铰链共享驱动机构4固定在底座1上；所述调节螺丝6通过所述纵向孔4312将所述正向压电驱动器2、反向压电驱动器3与所述柔性铰链共享驱动机构4连接。
更具体的，如图3所示，所述导轨模块5包括交叉滚子导轨51、滑块52和导轨定子53；
所述导轨定子53通过螺丝432将所述导轨模块5固定在所述底座1上；
所述滑块52与所述导轨定子53通过所述交叉滚子导轨51连接；所述滑块52与所述交叉滚子导轨51之间能相互运动。
在具体实施过程中，通过调节螺丝6调节至使滑块52在运动方向上产生一个约30N的自锁力。
更具体的，如图4所示，所述底座1为一体成型结构，底座1上设置有多个连接口11，用于固定所述柔性铰链共享驱动机构4和所述导轨模块5；还设置有导轨槽12，所述导轨模块5安装在所述导轨槽12中。
在具体实施过程中，在所述柔性铰链共享驱动机构4接触所述滑块52时，会产生一个驱动点。
实施例2
更具体的，如图5所示，一种双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置的驱动方法，包括以下步骤：
S1：安装并调节好驱动装置；
S2：根据驱动方向对相应驱动器输入一个缓慢增加快速下降的三角波，所述驱动方向包括正向驱动和反向驱动；
S3：电压缓慢上升时，驱动器缓慢伸长，所述柔性铰链共享驱动机构4在驱动点产生一个向前运动的同时还产生一个向上的寄生运动，将所述滑块52夹紧；
S4：电压快速下降时，驱动器快速回缩，所述柔性铰链共享驱动机构4在驱动点产生一个向后缩回的同时还产生一个向下的寄生运动，将所述滑块52松开；
S5：连续输入三角波，实现对所述滑块52的驱动。
更具体的，所述步骤S2具体为：
当正向驱动时，所述反向压电驱动器3不工作，即不输入电压，所述正向压电驱动器2输入一个缓慢增加快速下降的三角波；
当反向驱动时，所述正向压电驱动器2不工作，即不输入电压，所述反向压电驱动器3输入一个缓慢增加快速下降的三角波。
实施例3
更具体的，在实施例1、2的基础上，如图6所示，首先将驱动装置装配好，其具体工作过程为：
只给正向圧电驱动器2输入一个缓慢上升迅速下降的三角波电压，其频率为1KHz，电压为100V，参考电压上升和下降的时间为4：1；当电压缓慢上升时，正向圧电驱动器2缓慢伸长，柔性铰链共享驱动机构4在驱动点产生一个向前运动的同时还产生一个向上寄生运动将滑块52夹紧。此过程滑块52会随着柔性铰链共享驱动机构4的驱动点向前运动。由于电压是缓慢增加且驱动点向上的寄生运动会将滑块夹紧，滑块52和驱动点不产生相对运动，此过程为‘粘’；当电压快速下降时，正向压电驱动器2迅速收缩，柔性铰链共享驱动机构4在驱动点产生一个向后缩回的同时还产生一个向下的寄生运动将滑块52松开。由于惯性以及驱动点向下的寄生运动会将滑块52松开，滑块52和驱动点产生滑动，此过程为‘滑’，产生一个先前的净位移。
通过连续地输入这样的三角波，滑块52可以一步一步向前驱动，从而实现长行程。当滑块52接近目标位置，即其距离小于驱动点向前运动的行程时，通过一些闭环控制方法[1]使滑块52准确地到达目标位置，从而实现高精度。同理，正向压电驱动器2停止工作(即不输入电压)而给反向压电驱动器3输入缓慢上升迅速下降的三角波电压，便可实现反向驱动。
在具体实施过程中，通过利用两个压电驱动器和一个柔性铰链共享驱动机构4，使得正向驱动和反向驱动都是以“粘-滑”过程工作，且都使驱动点在“粘”的过程中将滑块52夹紧，增加驱动力，“滑”过程将滑块52松开，减小摩擦力，从而有效增加粘滑驱动在正反双向的驱动力，提高驱动装置的带负载能力。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：包括底座(1)，设置在底座(1)上的正向压电驱动器(2)、反向压电驱动器(3)、柔性铰链共享驱动机构(4)和导轨模块(5)；其中：
所述正向压电驱动器(2)、反向压电驱动器(3)通过调节螺丝(6)与所述柔性铰链共享驱动机构(4)连接；
通过调节螺丝(6)进行调节，令所述柔性铰链共享驱动机构(4)与所述导轨模块(5)接触。
2.根据权利要求1所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：所述柔性铰链共享驱动机构(4)为一体化结构。
3.根据权利要求2所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：所述柔性铰链共享驱动机构(4)包括圆形柔性铰链组(41)、梁柔性铰链组(42)和连接结构(43)；其中所述圆形柔性铰链组(41)与所述梁柔性铰链组(42)固定连接；所述连接结构(43)与所述梁柔性铰链组(42)固定连接；
所述连接结构(43)上设置有多个连接孔(431)，通过螺丝(432)将所述柔性铰链共享驱动机构(4)固定在所述底座(1)上，通过调节螺丝(6)与所述正向压电驱动器(2)、反向压电驱动器(3)连接。
4.根据权利要求3所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：所述连接孔(431)包括5个横向孔(4311)和2个纵向孔(4312)；所述螺丝(432)通过所述横向孔(4311)将所述柔性铰链共享驱动机构(4)固定在底座(1)上；所述调节螺丝(6)通过所述纵向孔(4312)将所述正向压电驱动器(2)、反向压电驱动器(3)与所述柔性铰链共享驱动机构(4)连接。
5.根据权利要求1所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：所述导轨模块(5)包括交叉滚子导轨(51)、滑块(52)和导轨定子(53)；
所述导轨定子(53)通过螺丝(432)将所述导轨模块(5)固定在所述底座(1)上；
所述滑块(52)与所述导轨定子(53)通过所述交叉滚子导轨(51)连接；所述滑块(52)与所述交叉滚子导轨(51)之间能相互运动。
6.根据权利要求1～5任一项所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置，其特征在于：所述底座(1)为一体成型结构，底座(1)上设置有多个连接口(11)，用于固定所述柔性铰链共享驱动机构(4)和所述导轨模块(5)；还设置有导轨槽，所述导轨模块(5)安装在所述导轨槽(12)中。
7.一种应用如权利要求6所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动装置的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：安装并调节好驱动装置；
S2：根据驱动方向对相应驱动器输入一个缓慢增加快速下降的三角波，所述驱动方向包括正向驱动和反向驱动；
S3：电压缓慢上升时，驱动器缓慢伸长，所述柔性铰链共享驱动机构(4)在驱动点产生一个向前运动的同时还产生一个向上的寄生运动，将所述滑块(52)夹紧；
S4：电压快速下降时，驱动器快速回缩，所述柔性铰链共享驱动机构(4)在驱动点产生一个向后缩回的同时还产生一个向下的寄生运动，将所述滑块(52)松开；
S5：连续输入三角波，实现对所述滑块(52)的驱动。
8.根据权利要求7所述的双驱动器共享驱动足式的压电粘滑驱动方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
当正向驱动时，所述反向压电驱动器(3)不工作，即不输入电压，所述正向压电驱动器(2)输入一个缓慢增加快速下降的三角波；
当反向驱动时，所述正向压电驱动器(2)不工作，即不输入电压，所述反向压电驱动器(3)输入一个缓慢增加快速下降的三角波。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190709 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |