CN114421805A - 一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，涉及精密驱动技术领域，包括从上至下依次设置的运动板、连接板和基板，连接板分别与运动板、基板形成移动副；所述连接板和基板之间可拆卸连接有平行于第一方向的第一摩擦单元，连接板和运动板之间可拆卸连接有平行于第二方向的第二摩擦单元，其中，第二方向与第一方向垂直。本发明摩擦单元可单独拆卸，不影响其他部件的安装；能够实现双向的精密运动。

Description

一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台
技术领域
本发明涉及精密驱动技术领域，尤其涉及一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台。
背景技术
在压电驱动粘滑式定位平台中，由于其利用动静摩擦切换的粘滑驱动原理导致在长时间运行中摩擦单元磨损严重，极大的限制了压电驱动粘滑式定位平台的使用寿命。同时在两自由度的粘滑定位平台中，直接串联的结构形式将导致平台整体高度较大，另外引入了平台外部的装配误差。
现有技术公开了一种变摩擦力两自由度粘滑驱动精密定位平台，其X向和Y向共用摩擦单元，会加剧摩擦头的磨损情况；需要更换摩擦头时，需要拆卸上部平台及导轨，操作复杂，影响定位精度；同时运动过程中上表面为整个平面摩擦，对整个摩擦面的加工精度要求较高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，摩擦单元可单独拆卸，不影响其他部件的安装；能够实现双向的精密运动。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的实施例提供了一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，包括从上至下依次设置的运动板、连接板和基板，连接板分别与运动板、基板形成移动副；
所述连接板和基板之间可拆卸连接有平行于第一方向的第一摩擦单元，连接板和运动板之间可拆卸连接有平行于第二方向的第二摩擦单元，其中，第二方向与第一方向垂直。
作为进一步的实现方式，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元均包括固定部，固定部一侧通过柔性机构连接摩擦头，柔性机构一侧安装压电陶瓷。
作为进一步的实现方式，所述柔性机构包括板簧结构和柔性铰链，柔性铰链安装于板簧结构一侧，固定部连接于板簧结构另一侧。
作为进一步的实现方式，所述固定部通过预紧部件连接板簧结构。
作为进一步的实现方式，所述柔性铰链为空心结构。
作为进一步的实现方式，所述第一摩擦单元的压电陶瓷伸缩方向与第一方向平行，第二摩擦单元的压电陶瓷伸缩方向与第二方向平行。
作为进一步的实现方式，所述运动板下表面和连接板下表面均固定有与摩擦头接触的定位板。
作为进一步的实现方式，所述运动板至少一侧安装光栅读数头。
作为进一步的实现方式，所述光栅读数头安装于固定支架，且光栅读数头与固定支架之间设置垫片。
作为进一步的实现方式，所述运动板、连接板和基板均开设有线缆让位槽。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明设置可拆卸的双向设置的摩擦单元，每个摩擦单元具有摩擦头，双向运动分别通过两个摩擦头实现，减少摩擦头的磨损，有效提高粘滑平台整体使用寿命；当摩擦头需要更换时，只需要拆除摩擦单元即可，不需要拆除内部导轨等部件，保证定位精度。
(2)本发明通过连接板集成正交两自由度的摩擦单元，降低了整体结构的高度，同时避免了由装配连接引入的两自由度正交误差，提高装配精度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施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是本发明根据一个或多个实施方式的整体结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的摩擦单元结构示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的运动板结构示意图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式的连接板上表面结构示意图；
图5是本发明根据一个或多个实施方式的连接板下表面结构示意图；
图6是本发明根据一个或多个实施方式的基板结构示意图；
图7(a)为正向电压驱动信号示意图；
图7(b)为反向电压驱动信号示意图。
其中，1-运动板，2-Y向导轨，3-第二摩擦单元，4-连接板，5-X向导轨，6-第一摩擦单元，7-基板，8-固定支架，9-光栅读数头，101-导轨定位面，102-限位销孔，103-第二定位板，104-线缆让位槽，301-摩擦头，302-弯折铰链，303-预紧铰链，304-第一缺口型铰链，305-压电陶瓷，306-预紧件，307-第二缺口型铰链，308-板簧结构，309-预紧件，401-第二固定凸起，402-线缆让位槽,403-导轨定位面,404-Y向限位槽，405-限位销孔，406-线缆让位槽,407-第一定位板，408-导轨定位面，701-X向限位槽，702-导轨定位面，703-第一固定凸起，704-线缆让位槽。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，如图1所示，包括从上至下依次设置的运动板1、连接板4和基板7，连接板4分别与运动板1、基板7形成移动副；连接板4和基板7之间可拆卸连接有平行于第一方向的第一摩擦单元，通过第一摩擦单元驱动运动板1沿第一方向运动；连接板4和运动板1之间可拆卸连接有平行于第二方向的第二摩擦单元，通过第一摩擦单元驱动运动板1沿第二方向运动。
其中，第二方向与第一方向垂直，本实施例中，第一方向为X方向，第二方向为Y方向。
基板7通过X向导轨5与连接板4滑动连接，连接板4通过Y向导轨2与运动板1滑动连接。第一摩擦单元位于基板7Y方向的一端，第二摩擦单元位于连接板4X方向的一端，第一摩擦单元和第二摩擦单元可单独拆卸，方便更换摩擦头。
第一摩擦单元和第二摩擦单元的结构相同，如图2所示，包括固定部、柔性机构和摩擦头301，固定部用于第一摩擦单元(第二摩擦单元)与基板7(连接板4)的安装，固定部的形状与各板形状相适应。
在本实施例中，运动板1、连接板4和基板7均为矩形板，固定部为长条矩形板。
如图2所示，柔性机构包括包括板簧结构308和柔性铰链，柔性铰链安装于板簧结构308一侧，固定部连接于板簧结构308另一侧，柔性铰链远离板簧结构308的一侧安装摩擦头301。板簧结构308的两端均与固定部固定连接，板簧结构308的中间段与固定部侧面可形成间隙，板簧结构308用于摩擦预紧调整时的导向作用。
本实施例的摩擦头301为陶瓷摩擦头。
柔性铰链、板簧结构308和固定部通过预紧件309连接，通过预紧件309能够改变柔性铰链的位移，以改变摩擦头301的预紧力。在本实施例中，所述预紧件309为螺栓或螺钉。
柔性铰链一侧安装压电陶瓷305，压电陶瓷305在驱动电压信号的作用下能够伸长或缩短。在本实施例中，压电陶瓷305远离柔性铰链的一侧通过限位部安装预紧件306，限位部垂直于固定部，预紧件306调整压电陶瓷305的预紧力。
第一摩擦单元的压电陶瓷305伸缩方向与第一方向平行，第二摩擦单元的压电陶瓷305伸缩方向与第二方向平行。
柔性铰链的形状可根据实际要求设置，本实施例的柔性铰链包括弯折铰链302、预紧铰链303、第一缺口型铰链304、第二缺口型铰链307，第二缺口型铰链307、第一缺口型铰链304和弯折铰链302依次连接形成空心结构；预紧铰链303连接于限位部和第一缺口型铰链304之间。
如图3所示，运动板1的底面设有与之垂直的第二定位板103，第二定位板103距离运动板1端部有一定距离，第二定位板103的外侧面为定位面，用于与第二摩擦单元的摩擦头301配合。运动板1底面设有用于定位Y向导轨2的导轨定位面101，还开设有线缆让位槽104；运动板1顶部开有限位销孔102。
运动板1至少一侧通过固定支架8安装光栅读数头9，光栅读数9与固定支架8之间设置垫片，通过垫片可以调整光栅读数头9位置。
如图4所示，连接板4的上表面靠近端部位置安装第二固定凸起401，通过第二固定凸起401与第二摩擦单元连接。在本实施例中，第二固定凸起401设置两个，且分别位于连接板4的一端，两个第二固定凸起401直接形成柔性机构的通过空间。
可以理解的，在其他实施例中，第二固定凸起401也可以设置其他个数，只要不影响第二摩擦单元的安装即可。
连接板4的上表面还设有线缆让位槽402、用于限位Y向导轨2的导轨定位面403和用于限制Y向运动范围的Y向限位槽404。
如图5所示，连接板4的下表面安装有与之垂直的第一定位板407，第一定位板407外侧形成第一摩擦单元的摩擦头301的定位面。第一定位板407距连接板4端部有一定距离。
连接板4下表面还设有限位销孔405、线缆让位槽406、用于定位X向导轨5的导轨定位面408。
如图6所示，基板7的上表面靠近端部设有第一固定凸起703，通过第一固定凸起703与第一摩擦单元固定。在本实施例中，第一固定凸起703间隔设置两个，且靠近基板7端部设置。
基板7上表面还设有用于限制X向运动范围的X向限位槽701、线缆让位槽704和用于定位X向导轨5的导轨定位面702。
本实施例的各线缆让位槽用于线缆梳理。
本实施例的工作原理为：
首先完成压电陶瓷305的安装和预紧，使得第一摩擦单元6和第二摩擦单元3完成装配。然后将第一摩擦单元、第二摩擦单元安装在对应的固定凸起上，通过调整预紧件309使X、Y两向的摩擦接触面正压力处于合适预紧状态。
当需要驱动平台沿X方向运动时，向第一摩擦单元输入如图7(a)和图7(b)所示的电压信号。
在t0-t1时刻，压电陶瓷305随着驱动电压信号慢速伸长，摩擦头301由于静摩擦力带动平台向X正方向移动，在t1-t2时刻，压电陶瓷305随着驱动电压信号快速缩短，摩擦头301快速向X负方向运动，产生动摩擦，平台由于惯性原因保持不动。重复上述过程，即可实现X向大范围高精度运动。
向负方向运动与向正方向运动过程类似，首先是压电陶瓷305快速伸长产生动摩擦，平台由于惯性原因保持不动，然后压电陶瓷305慢速缩短，摩擦头301由于静摩擦力带动平台向负方向运动。重复上述过程，即可实现X向大范围高精度运动。
Y向与X向驱动原理一致，同时X、Y两向采用独立的摩擦单元实现双向的输入输出双解耦，根据摩擦头301磨损情况可通过调整预紧件更换摩擦单元，增加了平台的整体使用寿命。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，包括从上至下依次设置的运动板、连接板和基板，连接板分别与运动板、基板形成移动副；
所述连接板和基板之间可拆卸连接有平行于第一方向的第一摩擦单元，连接板和运动板之间可拆卸连接有平行于第二方向的第二摩擦单元，其中，第二方向与第一方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述第一摩擦单元和第二摩擦单元均包括固定部，固定部一侧通过柔性机构连接摩擦头，柔性机构一侧安装压电陶瓷。
3.根据权利要求2所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述柔性机构包括板簧结构和柔性铰链，柔性铰链安装于板簧结构一侧，固定部连接于板簧结构另一侧。
4.根据权利要求3所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述固定部通过预紧部件连接板簧结构。
5.根据权利要求3所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述柔性铰链为空心结构。
6.根据权利要求2所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述第一摩擦单元的压电陶瓷伸缩方向与第一方向平行，第二摩擦单元的压电陶瓷伸缩方向与第二方向平行。
7.根据权利要求2或6所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述运动板下表面和连接板下表面均固定有与摩擦头接触的定位板。
8.根据权利要求1所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述运动板至少一侧安装光栅读数头。
9.根据权利要求8所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述光栅读数头安装于固定支架，且光栅读数头与固定支架之间设置垫片。
10.根据权利要求1或8所述的一种可替换摩擦单元的双自由度粘滑平台，其特征在于，所述运动板、连接板和基板均开设有线缆让位槽。
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