CN204633637U - 一种直线运动压电驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直线运动压电驱动器，包括弹性元件、驱动单元和静平台，所述弹性元件由一根水平梁连接若干个齿柱组成，每两个齿柱间围成空槽，空槽内放置压电叠堆和预紧装置，形成一个驱动单元，水平梁下方的齿柱作为运动足作用在静平台上；所述预紧装置包括预紧楔块和预紧螺栓；所述压电叠堆设置在预紧楔块之间，并通过预紧螺栓调节施加在压电叠堆上的预紧力；对压电叠堆施加特定的激励信号，使弹性元件的运动足产生类似毛虫行走的有序运动，实现驱动器在静平台上的直线运动；通过调整激励信号之间的相位差，以改变运动足的运动顺序，可实现驱动器的双向直线运动。本实用新型具有结构简单、精度高、行程大、负载大等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于精密驱动技术领域，涉及一种直线驱动定位装置，具体是一种直线运动压电驱动器。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展，人类对微观领域的研究越来越深。尤其在超精密加工、微机电系统、微小机器人等领域，对装置微型化和精密定位的要求越来越高。传统的驱动器如电磁电机等宏观大尺寸驱动装置已不能满足这些要求，各种新原理的驱动器应运而生。基于压电元件激励的驱动器以其体积小、位移分辨率高、响应快、不受磁场影响等优点得到了非常广泛的研究和应用。目前，压电驱动器根据振动模式可分为共振式和非共振式。共振式压电驱动器通过压电元件的高频振动激发基体结构产生共振来工作，如压电超声电机。这类驱动器具有许多优点，但对电压频率、基体结构尺寸非常敏感，批量化生难以保证其性能和稳定性的一致。非共振式压电驱动器是利用叠层压电叠堆来激励基体产生振动，如仿生式尺蠖型驱动器等。传统的尺蠖型压电驱动器的精度在很大程度上依赖于导向机构的加工精度，且箝位机构的磨损最终将导致机构无法箝位从而使驱动器失效，另外此类驱动器的结构设计比较复杂，不利于构建多自由度运动平台。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题，是针对前述背景技术的缺陷和不足，设计一种新型压电直线驱动器，实现大行程、高精度的定位要求。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种直线运动压电驱动器，包括弹性元件、驱动单元和静平台，所述弹性元件由一根水平梁连接若干个齿柱组成，每两个齿柱间围成空槽，空槽内放置压电叠堆和预紧装置，形成一个驱动单元；所述预紧装置用于调节施加于压电叠堆的初始预紧力大小。
所述预紧装置包括预紧楔块和预紧螺栓，预紧楔块包括上下两个楔块，上楔块与下楔块通过斜面配合相连，通过预紧螺栓固定连接，并且通过预紧螺栓调节二者的配合。
所述空槽内设有至少一对预紧装置，两个预紧装置相向对称设置，相对的面上开有槽，所述槽内卡装有压电叠堆。
所述预紧装置与弹性元件相接面的对应位置开有槽，槽内装夹一导向棒，在预紧时调整接触面的角度。
所述驱动单元至少为3个，其分别设置在水平梁的上下两侧；上侧的驱动单元比下侧的驱动单元少一个，且上侧驱动单元的安装位置与下侧驱动单元的安装位置错开一段距离。
所述弹性元件水平梁下方的齿柱作为运动足作用在静平台上，且齿顶与静平台接触区域为一条直线。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型提出的一种新型仿生式直线运动压电驱动器，是利用压电叠堆激励基体结构的非共振振动模式产生弹性元件运动足的有序运动来实现驱动器的双向直线运动，既能保持非共振式压电驱动器的优点，同时相比较于传统的尺蠖型压电驱动器舍弃了箝位机构和导向机构。
所采用的预紧装置结构简单，由上下楔块通过螺栓连接而成，楔块上开有槽，槽内装夹压电叠块，方便装配使用；在水平梁的上下两侧均设有齿柱，下侧齿柱的齿顶与静平台接触区域为一条直线，避免了驱动器在运行过程中发生回程现象；该压电驱动器具有结构简单、精度高、行程大、负载大、性能稳定、易于构建多自由度高精度运动平台等优点。
附图说明
图1是本实用新型所述直线运动压电驱动器的结构示意图；
图2是本实用新型所述弹性元件的结构示意图；
图3是本实用新型所述预紧楔块与所述预紧螺栓的联接示意图；
图4是本实用新型所述预紧装置的预紧原理图；
图5是本实用新型所述直线运动压电驱动器的信号图；
图6是本实用新型所述直线运动压电驱动器的步进原理图；
其中：1-弹性元件，2-导向棒，3-下楔块，4-上楔块，5-压电叠堆，6-预紧螺栓，7-静平台。
具体实施方式
本实用新型提供一种直线运动压电驱动器，为使本实用新型的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本实用新型的一种直线运动压电驱动器，包括弹性元件1、导向棒2、压电叠堆5、预紧楔块、预紧螺栓6和静平台7。所述弹性元件1具有五根齿柱和一根水平梁，五根齿柱形成的三个空槽各设置一个压电叠堆5、预紧装置及导向棒2，水平梁下方的三个齿柱作为运动足作用在静平台上；所述压电叠堆5设置在两组所述预紧楔块之间，对应的所述预紧螺栓6分别固定预紧楔块的配合；所述静平台7依据驱动器的性能参数制定，作为驱动器的工作平面。
如图2所示，所述弹性元件1具有三个槽和三个运动足，其中每个槽均开有两个三角形槽用于装夹导向棒；左右两侧两个运动足的齿顶分别在最左侧和最右侧以保证齿顶位于运动足旋转中心外侧，以避免驱动器在运行过程中发生回程现象；类似毛虫运动，三运动足的驱动器在运动过程中始终有两足接触地面作为支撑足，为保持重心在两支撑足之内，中间的运动足设计为倒V形,设有两个齿顶。
图3是本实用新型所述预紧楔块与所述预紧螺栓6的联接示意图。所述预紧楔块由具有螺纹孔的上楔块4和具有槽的下楔块3通过斜面配合组成，其中上楔块4一侧具有矩形槽用以装夹压电叠堆5，下楔块一侧具有三角形槽用以装夹导向棒2；所述预紧螺栓6联接上楔块4和下楔3块固定两者的配合，通过调整预紧螺栓6的旋转量可以调节上楔块4和下楔块3的相对位置。
图4是本实用新型所述预紧装置的预紧原理图。由于结构的对称性，现仅以一个压电叠堆5及其预紧装置来说明本实用新型预紧压电叠堆的原理。所述压电叠堆5装配在两组预紧楔块之间，所述导向棒装配在预紧楔块和弹性元件三角形槽之间，可在预紧时自动调整接触面的角度，避免因两接触面不平行而产生剪切力破坏压电叠堆5；预紧螺栓6分别固定预紧楔块对的配合，通过调整预紧螺栓的旋转量调节上楔块4和下楔块3的相对位置，达到调整上下两楔块水平位移的效果，从而调整两上楔块水平位移量，实现对压电叠堆5的预紧。
如图5、图6所示，是本实用新型所述直线运动压电驱动器的一种可行信号图及其步进原理图。本实用新型旨在仿照毛虫运动的特点设计一种直线运动压电驱动器，一般毛虫具有多对足，但其运动都具有相似性：总是有一对足作为运动足在做竖直和水平方向的运动，而其他足作为支撑足始终接触地面，并借与地面的静摩擦力使得自身在运动过程中不打滑从而出现回程现象。本实用新型正是基于毛虫这些运动特点设计的，根据驱动器在一个周期内的步进运动特点，设计了三个压电叠堆的激励信号。如图6所示，一个信号周期T被分为5t，对应于驱动器在一个周期内的五个工作过程，每段时间t内均对应驱动器的一个工作过程。现结合图6仅以驱动器的一个步进运动周期来说明本实用新型的步进原理。一个完整的步进运动周期如下：在第一个t内，激励右侧压电叠堆处于伸长状态，其余压电叠堆处于不工作状态，从而驱动弹性元件右侧的运动足作竖直向上和水平向右的运动；在第二个t内，保持右侧压电叠堆伸长状态不变，激励中间压电叠堆处于伸长状态，左侧压电叠堆处于不工作状态，从而驱动弹性元件中间运动足作竖直向上的运动，同时通过重力作用使弹性元件右侧运动足作竖直向下的运动；在第三个t内，保持中间压电叠堆伸长状态不变，激励左侧压电叠堆伸长的同时使右侧压电叠堆缩短至不工作状态，从而驱动弹性元件中间运动足作水平向右的运动；在第四个t内，保持左侧压电叠堆伸长状态不变，卸载中间压电叠堆激励信号使中间压电叠堆和右侧压电叠堆处于不工作状态，从而驱动弹性元件中间运动足作竖直向下的运动，同时通过重力作用使弹性元件做侧运动足做竖直向上的运动；在第五个t内，卸载左侧压电叠堆激励信号，使所有压电叠堆均处于不工作状态，从而驱动弹性元件左侧运动足作竖直向下和水平向右的运动。综合以上工作过程，弹性元件三个运动足从右到左有序的作了水平向右的运动，这段位移量即为驱动器的步距。同理可得，通过改变激励三个压电叠堆的时序关系，可以使得弹性元件三个运动足从左到右有序的作水平向左的运动。
在具体实施过程当中，可以根据不同场合的需要设置不同数量的驱动单元。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种直线运动压电驱动器，其特征在于：包括弹性元件、驱动单元和静平台，所述弹性元件由一根水平梁连接若干个齿柱组成，每两个齿柱间围成空槽，空槽内放置压电叠堆和预紧装置，形成一个驱动单元；所述预紧装置用于调节施加于压电叠堆的初始预紧力大小。
2.根据权利要求1所述的一种直线运动压电驱动器，其特征在于：所述预紧装置包括预紧楔块和预紧螺栓，预紧楔块包括上下两个楔块，上楔块与下楔块通过斜面配合相连，通过预紧螺栓固定连接，并且通过预紧螺栓调节二者的配合。
3.根据权利要求2所述的一种直线运动压电驱动器，其特征在于：所述空槽内设有至少一对预紧装置，两个预紧装置相向对称设置，相对的面上开有槽，所述槽内卡装有压电叠堆。
4.根据权利要求3所述的一种直线运动压电驱动器，其特征在于：所述预紧装置与弹性元件相接面的对应位置开有槽，槽内装夹一导向棒，在预紧时调整接触面的角度。
5.根据权利要求1至4所述的任意一种直线运动压电驱动器，其特征在于：所述驱动单元至少为3个，其分别设置在水平梁的上下两侧；上侧的驱动单元比下侧的驱动单元少一个，且上侧驱动单元的安装位置与下侧驱动单元的安装位置错开一段距离。
6.根据权利要求5所述的一种直线运动压电驱动器，其特征在于：所述弹性元件水平梁下方的齿柱作为运动足作用在静平台上，且齿顶与静平台接触区域为一条直线。
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| CN201520207736.6U CN204633637U (zh) | 2015-04-09 | 2015-04-09 | 一种直线运动压电驱动器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104753392A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-01 | 南京航空航天大学 | 一种直线运动压电驱动器 |
| CN111726032A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-29 | 浙江师范大学行知学院 | 一种液漂浮式侧压单向微动力压电惯性驱动器 |
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2015
- 2015-04-09 CN CN201520207736.6U patent/CN204633637U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| CN111726032A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-09-29 | 浙江师范大学行知学院 | 一种液漂浮式侧压单向微动力压电惯性驱动器 |
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