CN115954043A - 一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法，属于精密驱动技术领域，包括：运动基座和固定基座，运动基座与固定基座滑动连接，可沿固定基座纵向移动，运动基座用于安装驱动对象；运动基座和固定基座之间设有驱动机构，驱动机构用于带动运动基座相对固定基座产生一定位移量；所述驱动机构包括驱动器和两个非对称支撑梁，驱动器用于同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，利用非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，从而使得非对称支撑梁相对驱动器纵向产生一定位移量；具有简单的机械结构、良好的控制精度及可靠的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于精密驱动技术领域，具体涉及一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
直线运动平台是一种常见的机械运动装置，在航空航天领域、光学领域、精密仪器、生物科学等领域都有着广泛应用。现有高精度直线运动平台为了实现高精度直线控制，多采用压电陶瓷驱动、丝杠驱动以及音圈电机驱动等方法来实现。对于微量的运动控制，现在的方案总是存在结构复杂、控制难度大、调节精度低或稳定性能差等一种或多种问题，尤其对于超高精度的定位控制更加困难。
因此，如何提高直线运动平台的调节精度、降低控制难度、增强稳定性以及简化转台结构，尤其在超高精度的定位控制方面的技术提升，这是亟需解决的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：一种非对称差分式微纳直线运动平台，包括：运动基座和固定基座，运动基座与固定基座滑动连接，可沿固定基座纵向移动，运动基座用于安装驱动对象；
运动基座和固定基座之间设有驱动机构，驱动机构用于带动运动基座相对固定基座产生一定位移量；
所述驱动机构包括驱动器和两个非对称支撑梁，驱动器用于驱动器同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，利用非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，从而使得非对称支撑梁相对驱动器纵向产生一定位移量，进而驱动运动基座相对固定基座产生一定的位移量。
进一步的，弱支撑梁和强支撑梁的根部设有半圆槽，通过控制半圆槽的大小可以精确控制弱支撑梁和强支撑梁的强度大小及差异量的大小。
进一步的，非对称支撑梁包括两个支撑梁，分别为弱支撑梁和强支撑梁，弱支撑梁与强支撑梁平行设置，两个支撑梁之间具有设定距离形成间隙，两个支撑梁的间隙处可容置驱动器的驱动杆。
进一步的，弱支撑梁和强支撑梁一端安装在运动基座一侧面，另一端为自由端。
进一步的，弱支撑梁和强支撑梁的自由端均具有导向斜面。
进一步的，驱动器包括驱动固定座、压电陶瓷和驱动杆，压电陶瓷设置在驱动固定座上，压电陶瓷侧面安装有至少一个驱动杆，驱动杆用于对两个非对称支撑梁施加横向压力。
进一步的，驱动杆设有两个，分别为第一驱动杆和第二驱动杆，第一驱动杆安装在压电陶瓷的一侧，第二驱动杆安装在压电陶瓷的另一侧，压电陶瓷可同时推动两个驱动杆相对运动。
进一步的，驱动杆与非对称支撑梁接触的一端设有斜面。
进一步的，固定基座与运动基座之间设有导轨。
进一步的，固定基座上设有基座安装螺孔，基座安装螺孔用于将固定基座固定到静止平台上。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的非对称差分式微纳直线运动平台的工作方法，包括：通过驱动器同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，受横向压力后形变量不同从而驱动运动基座产生一定位移量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法，采用运动基座与固定基座滑动连接，运动基座和固定基座之间设有驱动机构，驱动机构用于带动运动基座相对固定基座产生一定位移量；驱动机构包括驱动器和两个非对称支撑梁，驱动器用于同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，利用非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，从而使得非对称支撑梁相对驱动器纵向产生一定位移量，具有简单的机械结构、良好的控制精度及可靠的稳定性，解决了如何提高直线运动平台的调节精度、降低控制难度、增强稳定性以及简化转台结构的问题。
2、本微纳直线运动平台采用的两个支撑梁的强度差异越小，驱动运动基座相对固定基座产生的位移量也将越小，位移控制精度也将越高，具有良好的控制精度及可靠的稳定性等。
3、本微纳直线运动平台，在驱动器工作时，活动部分将同时挤压非对称支撑梁的一对强度存在差异的支撑梁，这就驱动运动基座相对固定基座产生一定的位移量，结构简单，工作过程简洁，便于实现。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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为实施例一的微纳直线运动平台的整体结构布局示意图；
图2为实施例一的运动基座部分结构示意图；
图3为实施例一的非对称支撑梁部分结构示意图；
图4为实施例一的驱动机构的驱动原理图；
图5为实施例一的微纳直线运动平台俯视图；
图6为实施例一的微纳直线运动平台A-A剖视图；
其中，1、运动基座；101、安装螺孔；12、导轨；2、固定基座；201、过线孔；202、基座安装螺孔；3、驱动器；301、复位弹簧；302、驱动杆；303、驱动固定座；304、调节螺堵；305、压电陶瓷；4、非对称支撑梁；401、弱支撑梁；402、强支撑梁；403、导向斜面；404、半圆槽。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一：
如图1-图6所示，本实施例提供了一种非对称差分式微纳直线运动平台，包括：运动基座1和固定基座2，运动基座1与固定基座2滑动连接，可沿固定基座2纵向移动；运动基座1用于安装驱动对象，输出直线运动动作；
运动基座和固定基座之间设有驱动机构，驱动机构用于带动运动基座相对固定基座产生一定位移量；
所述驱动机构包括驱动器和两个非对称支撑梁，驱动器用于同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，利用非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，形变量也存在差异，从而使得非对称支撑梁相对驱动器纵向产生一定位移量，进而驱动运动基座相对固定基座产生一定的位移量。
作为一种实施方式，驱动器固连在固定基座上，非对称支撑梁固连在运动基座，具体的，运动基座上设有至少两个非对称支撑梁，两个非对称支撑梁相对设置且横向布设；固定机构上设有驱动器，驱动器与固定基座固连，且位于两个非对称支撑梁之间，驱动器用于同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，形变量也存在差异，从而驱动运动基座相对固定基座产生一定的位移量。
作为另一种实施方式，驱动器固连在运动基座上，非对称支撑梁固连在固定基座上；具体的，固定基座上设有至少两个非对称支撑梁，两个非对称支撑梁相对设置且横向布设；运动基座上设有驱动器，驱动器位于两个非对称支撑梁之间。
容易理解的是，两个支撑梁的强度差异越小，驱动运动基座1相对固定基座2产生的位移量也将越小，位移控制精度也将越高。
作为另一种实施方式，所述非对称支撑梁4包括两个支撑梁，分别为弱支撑梁401和强支撑梁402，弱支撑梁401与强支撑梁402平行设置，两个支撑梁之间具有设定距离形成间隙，两个支撑梁的间隙处可容置驱动器的驱动杆。
弱支撑梁401和强支撑梁402一端安装在运动基座1的侧面，另一端为自由端，弱支撑梁401和强支撑梁402的自由端均具有导向斜面403。
强支撑梁402比弱支撑梁401具有更大的厚度，具有更强的支撑刚度。弱支撑梁401和强支撑梁402成对布置，其上相邻一侧设有受力导向斜面403。
作为一种实施方式，所述驱动器3包括驱动固定座303、压电陶瓷305和驱动杆302，压电陶瓷305设置在驱动固定座中心，压电陶瓷305的两侧各安装一个驱动杆302，压电陶瓷305可同时推动两个驱动杆302相对运动。所述驱动杆302的端部具有与导向斜面403相匹配的斜面。
作为一种实施方式，所述弱支撑梁401和强支撑梁402的根部设有半圆槽404，通过控制半圆槽404的大小可以精确控制弱支撑梁401和强支撑梁402的强度大小及差异量的大小。
所述驱动器3的驱动固定座303与固定基座2固连，驱动器3的驱动杆302与驱动固定座303嵌套连接，驱动杆302一端与非对称支撑梁4接触，另一端与压电陶瓷305接触，压电陶瓷305可以推动驱动杆302向前运动，进而挤压非对称支撑梁4。
优选的，压电陶瓷305布置在两个相对布置的驱动杆302的中间，同时推动两个驱动杆302向外运动。
驱动杆302和运动基座1之间设有复位弹簧301，复位弹簧301一端与驱动杆302外端面接触，另一端设有调节螺堵304，调节螺堵304设置在运动基座1上，通过调整调节螺堵304调节复位弹簧301的压紧力。复位弹簧301用于推动驱动杆302复位。可以理解的是，压电陶瓷305和驱动杆302之间固连时，可不需要复位弹簧301亦可以实现驱动杆302的复位。
具体的，所述驱动杆302设有两个，分别为第一驱动杆和第二驱动杆，第一驱动杆安装在压电陶瓷的一侧，第二驱动杆安装在压电陶瓷的另一侧。可以理解的是，驱动杆302亦可只设置1个。
固定基座2与运动基座1之间设有导轨12，导轨12优选交叉滚子导轨。固定基座2上设有基座安装螺孔202，通过基座安装螺孔202可以整个运动平台固定到静止平台上，也可以将运动平台整体固定在其他运动控制设备上。固定基座2靠近压电陶瓷305的位置上设有过线孔201。
在一个运动平台上可以同时并联多个驱动器3和非对称支撑梁4以增加整体的刚度和稳定性。
运动基座1上设有安装螺孔101，需要驱动的设备通过安装螺孔101固定到运动基座1上。
如图4所示，驱动器3工作时，活动部分将同时挤压非对称支撑梁4的一对强度存在差异的支撑梁，由于非对称支撑梁4的两个支撑梁存在强度差异，两个支撑梁的形变量也将存在差异，驱动器的横向伸缩运动，会造成弱支撑梁弯曲变形大，强支撑梁变形小，变形量的差值使得非对称支撑梁4整体产生一个纵向位移，进而驱动运动基座1相对固定基座2产生一定的位移量，该种微纳直线运动平台具有简单的机械结构、良好的控制精度及可靠的稳定性等。
实施例二
本发明提供了一种如实施例一所述的非对称差分式微纳直线运动平台的工作方法，包括：通过驱动器同时对非对称支撑梁施加横向压力，非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，受横向压力后形变量不同从而驱动运动基座产生一定位移量。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，包括：运动基座和固定基座，运动基座与固定基座滑动连接，可沿固定基座纵向移动，运动基座用于安装驱动对象；
运动基座和固定基座之间设有驱动机构，驱动机构用于带动运动基座相对固定基座产生一定位移量；
所述驱动机构包括驱动器和两个非对称支撑梁，驱动器用于同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，利用非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，从而使得非对称支撑梁相对驱动器纵向产生一定位移量。
2.如权利要求1所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述非对称支撑梁包括两个支撑梁，分别为弱支撑梁和强支撑梁，弱支撑梁与强支撑梁平行设置，两个支撑梁之间具有设定距离形成间隙，两个支撑梁的间隙处可容置驱动器的驱动杆。
3.如权利要求2所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述弱支撑梁和强支撑梁的根部设有半圆槽，半圆槽的尺寸影响弱支撑梁和强支撑梁的强度大小。
4.如权利要求2所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述弱支撑梁和强支撑梁一端安装在运动基座的侧面，另一端为自由端。
5.如权利要求4所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述弱支撑梁和强支撑梁的自由端均具有导向斜面。
6.如权利要求1所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述驱动器包括驱动固定座、压电陶瓷和驱动杆，压电陶瓷设置在驱动固定座上，压电陶瓷侧面安装有至少一个驱动杆，驱动杆用于对两个非对称支撑梁施加横向压力。
7.如权利要求6所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述驱动杆与非对称支撑梁接触的一端设有斜面。
8.如权利要求6所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述驱动杆设有两个，分别为第一驱动杆和第二驱动杆，第一驱动杆安装在压电陶瓷的一侧，第二驱动杆安装在压电陶瓷的另一侧，压电陶瓷可同时推动两个驱动杆相对运动。
9.如权利要求1所述的非对称差分式微纳直线运动平台，其特征在于，所述固定基座与运动基座之间设有导轨。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的非对称差分式微纳直线运动平台的工作方法，其特征在于，包括：通过驱动器同时对两个非对称支撑梁施加横向压力，非对称支撑梁的两个支撑梁存在强度差异，受横向压力后形变量不同从而驱动运动基座产生一定位移量。
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