CN116317678A - 一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 - Google Patents
一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116317678A CN116317678A CN202310162503.8A CN202310162503A CN116317678A CN 116317678 A CN116317678 A CN 116317678A CN 202310162503 A CN202310162503 A CN 202310162503A CN 116317678 A CN116317678 A CN 116317678A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flexible
- unit
- driving
- driving unit
- flexible contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 57
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 50
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 241000256247 Spodoptera exigua Species 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0065—Friction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本公开涉及压电驱动器技术领域,提出了一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法,压电驱动器包括驱动装置和运动体,所述驱动装置与运动体之间通过柔性接触单元连接,将驱动力传输至运动体;柔性接触单元中间倾斜设置有柔性支撑梁,以使得驱动装置在相反的移动方向移动过程中阻力不同。提出的驱动器能够有效降低误差敏感度,快捷方便的实现对接触力的微调和测量,并实现多模式输出。
Description
技术领域
本公开涉及压电驱动器相关技术领域,具体的说,是涉及一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,并不必然构成在先技术。
压电驱动器是一种通过逆压电效应将电能转化为机械能的装置,目前已经广泛地应用在微纳定位、精密制造和测量等诸多领域。压电驱动器主要包括超声、尺蠖和粘滑压电驱动器。其中,粘滑驱动器由于结构和控制简单、重量轻、驱动速度快,被广泛应用。
发明人在研究中发现,现有的粘滑式驱动器普遍存在的运动模式单一、误差敏感性高、接触状态调控和接触力测量困难等问题。
当前粘滑式压电驱动器普遍存在着运动模式单一的问题,驱动器只针对某一特定指标设计,无法满足多种场合需求。例如,高端精密制造装备在实现高效、快速、精密定位的同时还需实现大范围运动,并且常常伴随着高速运动与精密定位频繁转换,现有的驱动器不能满足模式的频繁切换要求。另外,传统的压电驱动器一般采用刚性接触,误差敏感度高,接触状态微量调控和感知困难,降低了装配互换性,不利于批量化生产。随着柔性机构替代刚性接触被引入驱动器的驱动机构中,降低了驱动机构的刚性,但是导致敏感性高,作为以接触和摩擦为主要驱动源的一类驱动器,接触力会对其输出性能产生重要影响,即使同种压电驱动器在不同接触状态下,也可能会表现出截然不同的步进特性与输出性能,需要对接触力进行精确微调才能使驱动器实现预想的输出性能,增大了调控难度。此外,基于粘滑运动原理,粘滑驱动器主要包括“粘滞”和“滑动”两个驱动周期。由于“滑动”周期中滑动摩擦力的存在,在压电粘滑驱动器的输出位移中,普遍存在回退运动,即输出位移先达到最大值,然后产生一定距离的向后运动。回退运动影响了执行器的性能,尤其是降低了输出速度和效率。
发明内容
本公开为了解决上述问题,提出了一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法,能够有效降低误差敏感度,快捷方便的实现对接触力的微调和测量,并实现多模式输出。
为了实现上述目的,本公开采用如下技术方案:
一个或多个实施例提供了一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,包括驱动装置和运动体,所述驱动装置与运动体之间通过柔性接触单元连接,将驱动力传输至运动体;柔性接触单元中间倾斜设置有柔性支撑梁,以使得驱动装置在相反的移动方向移动过程中阻力不同。
一个或多个实施例提供了一种柔性接触的多模式输出压电驱动器的驱动方法,包括一般输出模式,快速运动模式以及微步运动模式,其中,快速运动模式驱动方法,包括如下过程:
响应于快速运动模式运行请求,选择主驱动单元与协同驱动单元配合运行;
主驱动单元通电前,控制协同驱动单元的辅助压电陶瓷通电,并带动主驱动单元产生靠近柔性接触单元的纵向位移;
主驱动单元的驱动压电陶瓷通电,推动柔性接触单元带动滑块运动;
主驱动单元断电前,协同驱动单元先断电,并带动主驱动单元产生远离柔性接触单元的纵向位移,然后控制主驱动单元断电。
与现有技术相比,本公开的有益效果为:
(1)本公开中的驱动器,采用柔性接触单元实现驱动力传输,相对于传统的刚性接触,降低了误差敏感度,更容易实现接触力的精确微调,并且采用的柔性接触单元倾斜设置了柔性支撑梁,实现各向异性摩擦力,能够增大“粘滞”周期的静摩擦力,同时减小“滑动”周期的滑动摩擦力,有效改善输出特性。
(2)本公开采用双压电陶瓷协同驱动,聚焦回退运动产生的根本原因:法向接触力,通过增大静摩擦力减小滑动摩擦力,有效抑制了回退运动,实现高速输出,并减少了磨损和发热可减小或消除回退运动,有效提高运行速度和效率。
本公开的优点以及附加方面的优点将在下面的具体实施例中进行详细说明。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的限定。
图1是本公开实施例1的粘滑压电驱动器结构示意图;
图2(a)是本公开实施例1的柔性接触单元1的仿生学原理
图2(b)是本公开实施例1的柔性接触单元1三维结构示意图;
图2(c)是本公开实施例1的柔性接触单元1俯视结构示意图;
图3是本公开实施例1的柔性接触单元1的受力变形示意图;
图4是本公开实施例1的主驱动单元2的结构示意图;
图5是本公开实施例1的辅助驱动单元4的结构示意图;
图6是本公开实施例1的支撑底板7的结构示意图
图7是本公开实施例2的示例驱动时序示意图;
图8(a)是本公开实施例2的驱动器在驱动模式一的输出位移示意图;
图8(b)是本公开实施例2的驱动器在驱动模式二的输出位移示意图;
图9是本公开实施例2的驱动器在驱动模式二的主动抑制回退的运动过程示意图;
图10是本公开实施例2的驱动器在快速运动模式驱动时序示意图;
其中:1、柔性接触单元;2、主驱动单元;3、驱动压电陶瓷;4、协同驱动单元;5、辅助压电陶瓷;6、微动平台;7、支撑底板;8、滑块。
101、上接触面;102、柔性支撑梁;103、下接触面;
201、摩擦头;202、第一螺纹孔;203、第一接触面;
401、移动块;402、第二螺纹孔;403、直梁形柔性铰链;404、第三螺纹孔;405、第二接触面;
701、第四螺纹孔;702、第五螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
实施例1
在一个或多个实施方式公开的技术方案中,如图1至图7所示,一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,包括:驱动装置和运动体,所述驱动装置与运动体之间通过柔性接触单元1连接,将驱动力传输至运动体;柔性接触单元1中间倾斜设置有柔性支撑梁102,以使得驱动装置在相反的移动方向移动过程中阻力不同。
本实施例中的驱动器,采用柔性接触单元1实现驱动力传输,相对于传统的刚性接触,降低了误差敏感度,更容易实现接触力的精确微调,并且采用的柔性接触单元1倾斜设置了柔性支撑梁102,实现各向异性摩擦力,能够增大“粘滞”周期的静摩擦力,同时减小“滑动”周期的滑动摩擦力,有效改善输出特性。
在一些实施例中,柔性支撑梁102的结构可以为任意实现支撑的任意形状,直线形或者为弧形。
可选的,一种优选的技术方案,柔性支撑梁102可以设置为直板状,如图2(a)和图2(b)所示,柔性接触单元1可以采用仿鱼骨状结构,包括两个接触面,以及固定并倾斜设置在两个接触面之间的多个柔性支撑梁102。
进一步的技术方案,多个柔性支撑梁102之间可以形成中空的间隙。
具体的,本实施例中,设置的两个接触面为上接触面101和下接触面103,下接触面103与驱动装置接触连接,上接触面101与运动体固定连接。
可实现的,柔性接触单元1的材料可以采用AL7075、钛合金等。
本实施例中,设置了仿鱼骨状结构,倾斜布置柔性支撑梁102,正反向的顺应性是不同的,导致正反向运动时所受到的摩擦力不同。驱动装置的摩擦头201在下接触面103沿横向摩擦,在初始接触位置相同的情况下,往复运动时指受到的阻力和挤压力是不同的。相对于朝顺着柔性支撑梁102的倾斜方向运动,逆向运动时受到的阻力要强。在横向摩擦力的作用下,倾斜的柔性支撑梁102会发生弯曲。摩擦头201顺着柔性支撑梁102的滑动时,柔性支撑梁102朝远离驱动装置的摩擦头201的方向弯曲,导致摩擦头201与下接触面103之间的法向接触力减小,从而导致摩擦力减小;逆向滑动时,柔性支撑梁102朝靠近驱动装置的摩擦头201的方向弯曲,导致摩擦头201与下接触面103之间的法向接触力增大,摩擦阻力增大。
可实现的,将柔性接触单元1的柔性支撑梁102朝着运动体运动方向的反方向倾斜设置,可以增大“粘滞”周期的静摩擦力,减小“滑动”周期的滑动摩擦了,有效改善了输出特性。如图3所示,“滑动”周期为图示中的左向移动周期,此周期的接触力为F1,“粘滞”周期为右向移动周期,接触力为F2。
可选的,可以通过测量柔性接触单元1的纵向变形量,计算驱动装置与柔性接触单元1的法向接触力的数值,解决了接触力的测量问题。
本实施例中,运动体的运动方向设定为横向,垂直于运动体运动方向的方向为纵向。驱动单元2的摩擦头201与柔性接触单元1的下接触面103接触并挤压,法向接触力导致柔性接触单元1产生纵向变形,可通过测量纵向变形量求得接触力的值。
法向接触力与纵向变形量之间的关系可由下式计算:
其中,n为倾斜柔性支撑梁的数目;L为倾斜柔性支撑梁的长度;y为纵向变形量;E为材料的杨氏模量;b为倾斜柔性支撑梁的宽度;h为倾斜柔性支撑梁的厚度;θ为柔性支撑梁的倾角;F为接触力。在测量纵向变形量y之后,代入公式可求得接触力F。
在一些实施例中,驱动装置包括主驱动单元2,用于输出驱动产生纵向位移ΔY和横向寄生位移ΔX。
可选的,主驱动单元2,由设置的驱动压电陶瓷3驱动,主驱动单元2为非对称结构,包括摩擦头201和固定底板,摩擦头201一侧通过半圆形柔性铰链连接在固定底板的一端,另一侧通过S形柔性铰链连接在固定底板的另一端,形成镂空的类L形结构。
进一步地,在主驱动单元2内,与摩擦头201相对设置有第一接触面203,第一接触面203处连接设置主驱动压电陶瓷3。
主驱动单元2,主驱动单元2的摩擦头201作为输出端,由压电陶瓷驱动,当压电陶瓷伸长时,驱动单元的摩擦头201可产生纵向位移和横向寄生位移。
可选的,运动体可以为滑块8。
作为进一步的技术方案,所述滑块8可选用多种形式,本实施例中采用交叉滚柱滑台,所述柔性接触单元1固定安装在滑台侧面,所述摩擦头201在所述交叉滚柱滑台的侧面动作。
对于交叉滚柱滑台,当下导轨固定时,上顶板可沿导轨滑动。
使用时,主驱动单元2顶端摩擦头201与柔性接触单元1接触,在压电陶瓷驱动力的作用下,主驱动单元2推动运动体产生横向位移。当驱动压电陶瓷3通电伸长时,推动驱动单元2的摩擦头201产生纵向位移ΔY和横向寄生位移ΔX,从而推动柔性接触单元1,进而带动滑块8运动。
作为进一步的技术方案,驱动压电陶瓷3配置有用于预紧的调节螺栓。
摩擦头201与滑块8之间的法向接触力随着压电陶瓷的通放电而增大和减小,分别对应“粘滞”周期和“滑动”周期。由于横向寄生位移△X的方向与柔性接触单元1的柔性支撑梁102的倾斜方向相反,因此柔性接触单元1的存在将进一步增大法向接触力,进而增大“粘滞”周期的静摩擦力。
进一步的技术方案,驱动装置还包括协同驱动单元4,协同驱动单元4输出驱动产生纵向位移,协同驱动单元4驱动输出端连接至主驱动单元2。
协同驱动单元4,由压电陶瓷驱动,当压电陶瓷伸长时,协同驱动单元4的输出端可产生纵向位移。
可选的,协同驱动单元4包括固定底座,固定底座内通过直梁形柔性铰链403设置有移动块401,以及与移动块401接触连接的辅助压电陶瓷5,移动块401固定连接至主驱动单元2。
具体的,移动块401上设置有第二接触面405,辅助压电陶瓷5输出端与第二接触面405接触连接。
作为进一步的技术方案,辅助压电陶瓷5配置有用于预紧的调节螺栓。
具体的,移动块401上设置有第二螺纹孔402,主驱动单元2上设置有第一螺纹孔202,第二螺纹孔402与第一螺纹孔202通过螺纹连接,从而实现主驱动单元2与协同驱动单元4的连接。
使用时,当辅助压电陶瓷5通电伸长时,直梁形柔性铰链403发生弯曲,推动移动块401产生纵向位移,带动主驱动单元2朝着靠近滑块8的方向运动,从而使得主驱动单元2的摩擦头201与柔性接触单元1的法向接触力增大。
在一些可实现的技术方案中,还设置有支撑底板7,所述驱动装置与滑块8设置在支撑底板7上,形成整体。
可选的,支撑底板7可以为L形结构。
具体的,支撑底板7上设置滑轨,滑轨与滑块8相配合。滑轨通过支撑底板7上设置的第四螺纹孔701固定在支撑底板7上。
作为进一步的技术方案,需要有微调机构调整驱动装置的初始位置,微调机构可选用多种形式,本实施例设置为微动平台。
具体的,还设置有微动平台6,驱动装置通过微动平台6设置在支撑底板7上。
初始状态下,主驱动单元2的摩擦头201与柔性接触单元1的下接触面103有一定的接触关系,该接触关系可通过调节微动平台6进行调节。调节微动平台6的调节螺栓以使所述驱动单元远离或靠近所述柔性接触单元1。
以上各部分连接的实现方式,可以通过螺纹可拆卸连接;可选的,所述支撑底板7有第五螺纹孔702,通过螺栓与微动平台6的下底板相连接。微动平台6的上顶板设置有螺纹孔,通过螺栓与协同驱动单元4的第三螺纹孔404连接。
本实施例中,与以往传统的刚性接触不同,本实施例采用了柔性的方法,摩擦头201不直接与滑块8接触,有效降低了误差敏感度,提高了装配互换性,便于实现接触力的微调;同时设置驱动单元2和协同驱动单元4相互配合,驱动压电陶瓷3与辅助压电陶瓷5协同驱动,可以衍生出多种驱动模式:一般输出模式、快速运动模式和微步运动模式,实现了压电驱动器多模式输出,可满足不同场合需求。
本实施例通过设置的柔性接触单元,可根据柔性接触单元1在法向压力下的变形量测量接触力;正反向运动时的各向异性摩擦力可分别作为静摩擦力和滑动摩擦力;通过调整倾斜梁的数量可实现刚度调整,满足不同接触力需要;最后,基于寄生运动原理,柔性接触单元1可基于寄生运动原理实现高分辨率微步输出。
实施例2
基于实施例1,本实施例中提供实施例1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器的驱动方法,可实现多模式输出,包括以下过程:
在驱动装置动作前,调整微动平台6,以使得主驱动单元2的摩擦头201与柔性接触单元1之间有一定的接触;
驱动模式一,一般输出模式,驱动方法包括如下步骤:
步骤11、响应于一般输出模式运行请求,选择主驱动单元2单独驱动,控制驱动压电陶瓷3通电;
步骤12、主驱动单元2的摩擦头201产生靠近柔性接触单元的纵向位移和横向寄生位移;推动柔性接触单元1,进而带动滑块8运动。
需要注意的是,所述的柔性接触单元1的柔性支撑梁102朝所需运动方向的反方向倾斜设置。相对于传统的刚性接触,采用上述柔性接触单元1一方面降低了误差敏感度,另一方面增大了“粘滞”周期的静摩擦力,减小了“滑动”周期的滑动摩擦力,有效改善了输出特性。
当驱动压电陶瓷3通电后伸长,推动第一接触面203产生纵向位移,柔性铰链发生弯曲。带动摩擦头201产生纵向位移和横向位移。摩擦头201产生水平位移和纵向位移,纵向位移可增大摩擦头201与柔性接触单元1之间的摩擦力,横向位移推动滑块8产生运动。
当驱动压电陶瓷3断电后,收缩,柔性铰链恢复原始形状,带动摩擦头201产生反方向纵向位移和水平位移,即在不加抑制的情况下,将会带动滑块8产生回退位移。
可选的,可以采用如图7所示的一种典型的驱动信号,实现来说即“慢进快退”,即压电陶瓷的通电时电压的上升速度大于断电时电压的下降速度。在这种情况下,通电时,由于电压上升速度较慢,摩擦头201与柔性接触单元1之间的静摩擦力足够提供所需的加速度;断电时,由于电压下降速度较慢,且法向接触力有所减小,摩擦头201与柔性接触单元1之间的静摩擦力不足以提供所需的加速度,此时变为动摩擦力。
当驱动压电陶瓷3通电后,摩擦头201与柔性接触单元1之间的法向接触力增大;当驱动压电陶瓷3断电,摩擦头201与柔性接触单元1之间的法向接触力减小;法向接触力的减小,减小了摩擦头201与柔性接触单元1之间的动摩擦力,因此回退位移小于前进位移,其差值为单步有效位移。
在一般输出模式下,压电驱动器的输出为带有回退运动的输出曲线,如图8(a)所示。横坐标为时间,纵坐标为输出位移;其中lf代表前进的位移,lb代表回退的位移。产生的有效位移为lf-lb,回退运动的存在将会影响运行效率和速度,该驱动模式适用于对控制简单,且对输出速度要求不高的场合,可通过提高信号输入频率和电压幅值提高输出速度。
运动模式二,快速运动模式,驱动方法包括如下步骤:
步骤21、响应于快速运动模式运行请求,选择主驱动单元2与协同驱动单元4配合运行;
步骤22、主驱动单元2通电前,控制协同驱动单元4的辅助压电陶瓷5通电,并带动主驱动单元2产生靠近柔性接触单元1的纵向位移;
控制协同驱动单元4先通电驱动,能够从而增大纵向接触力,能够增大“粘滞”周期的静摩擦力;
步骤23、主驱动单元2的驱动压电陶瓷3通电,推动柔性接触单元1带动滑块8运动;
步骤24、主驱动单元2断电前,协同驱动单元4先断电并带动主驱动单元2产生远离柔性接触单元1的纵向位移,然后控制主驱动单元2断电。
本实施例中,控制协同驱动单元4先断电取消驱动,从而减小纵向接触力,能够减小“滑动”周期的滑动摩擦力。
本实施例通过主驱动单元2与协同驱动单元4的协同控制,能够增大“粘滞”周期的静摩擦力,减小“滑动周期”的滑动摩擦力,实现对向后运动的抑制以及增加单周期的有效位移,将会提高执行器的驱动速度和效率,在低频输入信号的情况下可实现高速输出。
双压电陶瓷协同驱动,聚焦回退运动产生的根本原因:法向接触力,通过增大静摩擦力减小滑动摩擦力,有效抑制了回退运动,实现高速输出,并减少了磨损和发热可减小或消除回退运动,有效提高运行速度和效率。完全消除回退运动后的输出位移曲线如图8(b)所示。
具体运动过程如图9所示,在向右运动过程中的驱动信号可以如图10所示,现以向右运动为例进行说明。
初始阶段,摩擦头201与柔性接触单元1的法向接触力较小。
如图9中a工作状态所示,辅助压电陶瓷5先通电,协同驱动单元4动作,带动驱动单元2的摩擦头201产生靠近柔性单元1的纵向位移,法向接触力增大;
如图9中b工作状态所示,辅助压电陶瓷5断电之前,驱动压电陶瓷3通电,电压快速上升,摩擦头201产生水平方向和竖直方向的位移,推动柔性接触单元1,进而带动滑块8产生横向位移;
如图9中c工作状态所示,驱动压电陶瓷3断电之前,辅助压电陶瓷5断电,协同驱动单元4动作,带动驱动单元2的摩擦头201产生远离柔性单元1的纵向位移,法向接触力减小;
如图9中d工作状态所示,驱动压电陶瓷3断电,摩擦头201产生反向水平方向和竖直方向的位移,但由于摩擦头201与柔性接触单元1之间的法向接触力较小,因此抑制了回退运动;
运动模式三,微步运动模式,相比于上述两种运动模式,该模式单步输出位移较小,适用于对分辨率要求较高,但速度要求不高的场所;驱动方法具体为:
响应于微步运动模式运行请求,主驱动单元2的驱动压电陶瓷3不通电,控制协同驱动单元4的辅助压电陶瓷5的通放电,推动柔性接触单元1,带动滑块8运动。
上述仿鱼骨状的柔性接触单元1,在受到法向压力时,会产生横向寄生位移,进而带动滑块8产生运动。
当协同驱动单元4的压电陶瓷通电时,带动驱动单元产生靠近柔性接触单元1的纵向位移,摩擦头201挤压柔性接触单元1,带动滑块8产生横向输出位移。
一种典型的驱动信号如图7所示,当辅助压电陶瓷5通电时伸长,协同驱动单元4动作,进而带动摩擦头201挤压柔性接触单元1,柔性接触单元1产生横向寄生位移,进而带动滑块8产生横向位移。
该驱动模式单步输出位移较小,分辨率高,为微步输出模式。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已,并不用于限制本公开,对于本领域的技术人员来说,本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开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公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:包括驱动装置和运动体,所述驱动装置与运动体之间通过柔性接触单元连接,将驱动力传输至运动体;柔性接触单元中间倾斜设置有柔性支撑梁,以使得驱动装置在相反的移动方向移动过程中阻力不同。
2.如权利要求1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:柔性接触单元采用仿鱼骨状结构,包括两个接触面,以及固定并倾斜设置在两个接触面之间的多个柔性支撑梁,柔性支撑梁设置为直板状。
3.如权利要求1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:多个柔性支撑梁之间形成中空的间隙;
或者,通过测量柔性接触单元的纵向变形量,计算驱动装置与柔性接触单元的法向接触力的数值。
4.如权利要求1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:驱动装置包括主驱动单元,用于输出驱动产生纵向位移和横向寄生位移;
主驱动单元,由设置的驱动压电陶瓷驱动,包括摩擦头和固定底板,摩擦头一侧通过半圆形柔性铰链连接在固定底板的一端,另一侧通过S形柔性铰链连接在固定底板的另一端,形成镂空的类L形结构;
在主驱动单元内,与摩擦头相对设置有第一接触面,第一接触面处连接设置主驱动压电陶瓷;
或者,运动体为滑块。
5.如权利要求4所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:驱动装置还包括协同驱动单元,协同驱动单元输出驱动产生纵向位移,协同驱动单元驱动输出端连接至主驱动单元;
协同驱动单元包括固定底座,固定底座内通过直梁形柔性铰链设置有移动块,以及与移动块接触连接的辅助压电陶瓷,移动块固定连接至主驱动单元。
6.如权利要求1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:压电驱动器还设置有支撑底板,所述驱动装置与运动体设置在支撑底板上,形成整体。
7.如权利要求1所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器,其特征在于:压电驱动器还设置有微动平台,驱动装置通过微动平台设置在支撑底板上。
8.一种柔性接触的多模式输出压电驱动器的驱动方法,其特征在于,包括一般输出模式,快速运动模式以及微步运动模式,其中,快速运动模式驱动方法,包括如下过程:
响应于快速运动模式运行请求,选择主驱动单元与协同驱动单元配合运行;
主驱动单元通电前,控制协同驱动单元的辅助压电陶瓷通电,并带动主驱动单元产生靠近柔性接触单元的纵向位移;
主驱动单元的驱动压电陶瓷通电,推动柔性接触单元带动滑块运动;
主驱动单元断电前,协同驱动单元先断电,并带动主驱动单元产生远离柔性接触单元的纵向位移,然后控制主驱动单元断电。
9.如权利要求8所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器的驱动方法,其特征在于,一般输出模式驱动包括以下过程:
响应于一般输出模式运行请求,选择主驱动单元单独驱动,控制驱动压电陶瓷通电;
主驱动单元的摩擦头产生靠近柔性接触单元的纵向位移和横向寄生位移;推动柔性接触单元,进而带动滑块运动。
10.如权利要求8所述的一种柔性接触的多模式输出压电驱动器的驱动方法,其特征在于,微步运动模式驱动,具体为:响应于微步运动模式运行请求,控制主驱动单元不通电,控制协同驱动单元的辅助压电陶瓷的通断电,推动柔性接触单元,带动滑块运动。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310162503.8A CN116317678A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310162503.8A CN116317678A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116317678A true CN116317678A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=86788062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310162503.8A Pending CN116317678A (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116317678A (zh) |
-
2023
- 2023-02-23 CN CN202310162503.8A patent/CN116317678A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105240656B (zh) | 一维大行程精密定位平台 | |
US7301257B2 (en) | Motion actuator | |
CN104467525A (zh) | 可调预紧力式惯性粘滑驱动跨尺度精密定位平台 | |
CN110752769B (zh) | 采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器及作动方法 | |
CN111711381B (zh) | 一种实现双向驱动的粘滑式压电驱动器及控制方法 | |
US7528527B2 (en) | Driving device | |
CN110138265A (zh) | 一种自定心式压电尺蠖直线电机 | |
CN110798094B (zh) | 一种基于寄生惯性原理的压电直线精密驱动装置 | |
CN110912444B (zh) | 一种仿生爬行式压电驱动器 | |
CN1619938A (zh) | 一种利用压电效应箝位的超磁致伸缩高精度直线驱动器 | |
CN112838787A (zh) | 一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器及其驱动方法 | |
CN116317678A (zh) | 一种柔性接触的多模式输出压电驱动器及驱动方法 | |
CN112865593B (zh) | 一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器及其控制方法 | |
CN110829882B (zh) | 一种t型压电驱动装置 | |
CN112713799B (zh) | 一种基于柔性铰链导向的大行程无回退纳米压电电机 | |
CN205029575U (zh) | 惯性粘滑平台 | |
CN204231227U (zh) | 可调预紧力式惯性粘滑驱动跨尺度精密定位平台 | |
CN214256158U (zh) | 一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器 | |
CN105932901A (zh) | 斜槽式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 | |
CN114567200A (zh) | 柔顺平行四连杆放大机构式压电粘滑直线平台 | |
CN110798093B (zh) | 一种直线型压电精密驱动平台 | |
KR100876617B1 (ko) | 압전 구동기를 이용한 장행정 정밀 이송 장치 | |
JP4475633B2 (ja) | 送り装置 | |
CN111953227B (zh) | 一种高定位精度的非接触式压电电机 | |
CN215772947U (zh) | 一种精密粘滑压电直线驱动器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |