CN110429860A - 一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法 - Google Patents

一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法，属于精密机械领域。粘滑驱动器包括底座、接触力调节平台、定子和滑块，其中接触力调节平台和滑块安装在底座上，定子固定在接触力调节平台上；调整接触力调节平台可控制定子中的弹性梁产生变形，从而使指针在标尺上显示示数，通过弹性梁刚度进行换算可得定子和滑块之间的准确接触力数值；定子中杠杆的位移放大提高了压电叠堆的输出位移。优点在于：结构简单，由弹性梁变形换算得到的准确接触力数值改善了以往粘滑驱动器无法获得接触力信息的缺点，提高了大批量生产的可能性，杠杆的位移放大提高了驱动器的输出速度，增强了其在精密机械与仪器、生物医学等领域的可应用性。

Description

一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法
技术领域
本发明涉及精密机械领域，特别设计一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法。通过由弹性梁变形换算得到的准确接触力数值改善了以往粘滑驱动器无法获得接触力信息的缺点，提高了大批量生产的可能性，杠杆的位移放大提高了驱动器的输出速度，扩展了它的应用领域和适用场合。
背景技术
压电驱动器由于其定位精度高、响应快、不受电磁干扰、体积小、能耗低的优点，在精密机械领域发挥着重要作用，广泛应用于精密定位、加工，精密光学，生物医学等诸多前沿科学领域。
目前，粘滑惯性、冲击惯性驱动器因其结构简单，加工装配容易，控制方便等特点具有广泛的应用前景，但是该类型驱动器也存在接触力无法简单准确测量的问题。该问题导致即使按照相同的加工、装配工艺进行驱动器制造与调试，驱动器的性能也有较大的不一致性，从而严重影响了驱动器的批量生产加工。因此，如何实现接触力测量，从而指导实现装配的一致性，设计出适合大批量生产的粘滑驱动器是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法，解决现有技术存在的上述问题，通过由弹性梁变形换算得到的准确接触力数值改善了以往驱动器无法获得接触力信息的缺点，提高了大批量生产的可能性，杠杆的位移放大提高了驱动器的输出速度，扩展了它的应用领域和适用场合。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种接触力可测式粘滑驱动器，其特征在于：包括底座、接触力调节平台、定子和滑块组成，其中接触力调节平台和滑块安装在底座上，定子固定在接触力调节平台上，调整接触力调节平台可控制定子与滑块之间接触力。
所述的定子由L形梁、碶形块、标尺、指针、驱动足、压电叠堆、弹性梁、杠杆、杠杆输入端柔性铰链、杠杆固定端柔性铰链和定子安装孔组成；所述的L形梁、指针、驱动足、弹性梁、杠杆和杠杆固定端柔性铰链顺时针排布在定子上；所述的碶形块使压电叠堆以紧配合的方式嵌于定子内；所述的标尺通过激光打印刻线的方式刻印于L形梁的纵梁顶端；所述的指针用于指示通过接触力调节平台调整后的弹性梁的变形量，指针可在标尺刻度范围内任意变动；所述的杠杆通过杠杆输入端柔性铰链和杠杆固定端柔性铰链分别与压电叠堆和L形梁的横梁相连；所述的定子安装孔用于将定子安装固定在接触力调节平台上；给压电叠堆通电产生的输出位移经过杠杆放大后，通过驱动足推动滑块运动。
本发明的另一目的在于提供一种接触力可测式粘滑驱动器的测试方法，包括以下步骤：
a)在压电叠堆以紧配合的方式嵌于定子内后，将接触力调节平台和滑块安装在底座上，定子固定在接触力调节平台上，调整接触力调节平台，使定子的指针指在标尺的刻度0处，此时驱动足与滑块之间的接触力为0；
b)继续调整接触力调节平台，使指针指在标尺的刻度范围内有示数，此时，通过标尺刻度示数可换算得到弹性梁的实际变形量，再经由弹性梁的刚度和实际变形量换算得到驱动足与滑块之间的准确接触力；
c)给压电叠堆施加对称性为60％-100％的锯齿形电信号，压电叠堆缓慢伸长，快速回缩，基于粘滑原理，滑块将沿-x向运动，给压电叠堆施加对称性为0％-40％的锯齿形电信号，压电叠堆快速伸长，缓慢回缩，基于粘滑原理，滑块将沿x向运动。
本发明的有益效果在于：结构简单，通过本发明提供的接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法，可以改善了以往粘滑驱动器无法获得接触力信息的缺点，提高了大批量生产的可能性，并且提高了驱动器的输出速度，扩展了粘滑驱动器的应用领域和适用场合。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1所示为本发明的结构示意图；
图2所示为本发明的定子结构示意图；
图3所示为本发明的驱动原理示意图；
图4所示为本发明的弹性梁变形示意图；
图5所示为本发明的反向运动锯齿波电信号波形示意图。
其中：1、底座；2、接触力调节平台；3、定子；3-1、L形梁；3-2、碶形块；3-3、标尺；3-4、指针；3-5、驱动足；3-6、压电叠堆；3-7、弹性梁；3-8、杠杆；3-9、杠杆输入端柔性铰链；3-10、杠杆固定端柔性铰链；3-11、定子安装孔；4、滑块。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图4，本发明的接触力可测式粘滑驱动器及其测试方法，通过由弹性梁变形换算得到的准确接触力数值改善了以往粘滑驱动器无法获得接触力信息的缺点，提高了大批量生产的可能性，杠杆的位移放大提高了驱动器的输出速度，扩展了它的应用领域和适用场合。
所述的一种接触力可测式粘滑驱动器，其特征在于：包括底座(1)、接触力调节平台(2)、定子(3)和滑块(4)组成，其中接触力调节平台(2)和滑块(4)安装在底座(1)上，定子(3)固定在接触力调节平台(2)上，调整接触力调节平台(2)可控制定子(3)与滑块(4)之间接触力。
所述的定子(3)由L形梁(3-1)、碶形块(3-2)、标尺(3-3)、指针(3-4)、驱动足(3-5)、压电叠堆(3-6)、弹性梁(3-7)、杠杆(3-8)、杠杆输入端柔性铰链(3-9)、杠杆固定端柔性铰链(3-10)和定子安装孔(3-11)组成；所述的L形梁(3-1)、指针(3-4)、驱动足(3-5)、弹性梁(3-7)、杠杆(3-8)和杠杆固定端柔性铰链(3-10)顺时针排布在定子(3)上；所述的碶形块(3-2)使压电叠堆(3-6)以紧配合的方式嵌于定子(3)内；所述的标尺(3-3)通过激光打印刻线的方式刻印于L形梁(3-1)的纵梁顶端；所述的指针(3-4)用于指示通过接触力调节平台(2)调整后的弹性梁(3-7)的变形量，指针(3-4)可在标尺(3-3)刻度范围内任意变动；所述的杠杆(3-8)通过杠杆输入端柔性铰链(3-9)和杠杆固定端柔性铰链(3-10)分别与压电叠堆(3-6)和L形梁(3-1)的横梁相连；所述的定子安装孔(3-11)用于将定子(3)安装固定在接触力调节平台(2)上；给压电叠堆(3-6)通电产生的输出位移经过杠杆(3-8)放大后，通过驱动足(3-5)推动滑块(4)运动。
参见图3至图4，本发明的接触力可测式粘滑驱动器的测试方法，以标尺刻度示数等于δ为例，包括以下步骤：
a)在压电叠堆(3-6)以紧配合的方式嵌于定子(3)内后，将接触力调节平台(2)和滑块(4)安装在底座(1)上，定子(3)固定在接触力调节平台(2)上，调整接触力调节平台(2)，使定子(3)的指针(3-4)指在标尺(3-3)的刻度0处，此时驱动足(3-5)与滑块(4)之间的接触力为0，参见图3(a)；
b)继续调整接触力调节平台(2)，使指针(3-4)指在标尺(3-3)的刻度示数为δ，参见图3(b)和图4，通过标尺(3-3)刻度示数δ可换算得到弹性梁(3-7)的实际变形量Δy，再经由弹性梁(3-7)的刚度k和实际变形量Δy换算得到驱动足(3-5)与滑块(4)之间的接触力F，具体换算公式和过程如下：
接触力
式中，k为弹性梁刚度，Δy为实际变形量，
其中，刚度E为材料的弹性模量，I为弹性梁的惯性矩，
实际变形量δ为指针指示的标尺刻度示数，
整理得，接触力
c)给压电叠堆(3-6)施加的对称性为60％-100％的锯齿形电信号，压电叠堆(3-6)缓慢伸长，驱动足(3-5)推动滑块(4)将沿-x向运动Δs，参见图3(c)；
d)参见图3(d),压电叠堆(3-6)快速回缩，驱动足(3-5)回到初始位置，由于惯性滑块(4)将保持不动。
若想滑块(4)往x向运动，只需给压电叠堆施加如图5所示对称0％-40％的锯齿形电信号，压电叠堆(3-6)快速伸长，缓慢回缩，基于粘滑原理，滑块(4)将沿x向运动。

Claims (3)

1.一种接触力可测式粘滑驱动器，其特征在于：包括底座(1)、接触力调节平台(2)、定子(3)和滑块(4)组成，其中接触力调节平台(2)和滑块(4)安装在底座(1)上，定子(3)固定在接触力调节平台(2)上，调整接触力调节平台(2)可控制定子(3)与滑块(4)之间接触力。
2.根据权利要求1所述的一种接触力可测式粘滑驱动器，其特征在于：所述的定子(3)由L形梁(3-1)、碶形块(3-2)、标尺(3-3)、指针(3-4)、驱动足(3-5)、压电叠堆(3-6)、弹性梁(3-7)、杠杆(3-8)、杠杆输入端柔性铰链(3-9)、杠杆固定端柔性铰链(3-10)和定子安装孔(3-11)组成；所述的L形梁(3-1)、指针(3-4)、驱动足(3-5)、弹性梁(3-7)、杠杆(3-8)和杠杆固定端柔性铰链(3-10)顺时针排布在定子(3)上；所述的碶形块(3-2)使压电叠堆(3-6)以紧配合的方式嵌于定子(3)内；所述的标尺(3-3)通过激光打印刻线的方式刻印于L形梁(3-1)的纵梁顶端；所述的指针(3-4)用于指示通过接触力调节平台(2)调整后的弹性梁(3-7)的变形量，指针(3-4)可在标尺(3-3)刻度范围内任意变动；所述的杠杆(3-8)通过杠杆输入端柔性铰链(3-9)和杠杆固定端柔性铰链(3-10)分别与压电叠堆(3-6)和L形梁(3-1)的横梁相连；所述的定子安装孔(3-11)用于将定子(3)安装固定在接触力调节平台(2)上；给压电叠堆(3-6)通电产生的输出位移经过杠杆(3-8)放大后，通过驱动足(3-5)推动滑块(4)运动。
3.一种接触力可测式粘滑驱动器的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)在压电叠堆(3-6)以紧配合的方式嵌于定子(3)内后，将接触力调节平台(2)和滑块(4)安装在底座(1)上，定子(3)固定在接触力调节平台(2)上，调整接触力调节平台(2)，使定子(3)的指针(3-4)指在标尺(3-3)的刻度0处，此时驱动足(3-5)与滑块(4)之间的接触力为0；
b)继续调整接触力调节平台(2)，使指针(3-4)指在标尺(3-3)的刻度范围内有示数，此时，通过标尺(3-3)刻度示数可换算得到弹性梁(3-7)的实际变形量，再经由弹性梁(3-7)的刚度和实际变形量换算得到驱动足(3-5)与滑块(4)之间的准确接触力；
c)给压电叠堆(3-6)施加对称性为60％-100％的锯齿形电信号，压电叠堆(3-6)缓慢伸长，快速回缩，基于粘滑原理，滑块(4)将沿-x向运动，给压电叠堆(3-6)施加对称性为0％-40％的锯齿形电信号，压电叠堆(3-6)快速伸长，缓慢回缩，基于粘滑原理，滑块(4)将沿x向运动。
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