CN208548841U - 一种寄生式压电粘滑驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种寄生式压电粘滑驱动器，该驱动器由定子、环形转子、固定基座三部分组成。其中定子包括压电叠堆、八边形柔性铰链、复位弹簧和驱动足。所述复位弹簧采用非对称结构，增加了前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力；驱动足形状相同、旋转对称，分别固连于复位弹簧上。压电叠堆工作时，八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子交替步进，提高了驱动器的输出效率。本实用新型具有结构简单、精度高、行程大等特点；利用八边形柔性铰链的寄生运动和非对称的复位弹簧结构，使环形转子交替步进，同时达到了抑制回退的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种寄生式压电粘滑驱动器，属于压电精密驱动技术领域。
背景技术
近年来，由于微纳米技术的迅猛发展，在生物医学工程、精密加工、机器人、计算机、自动控制、精密测量、精密器件微制造、超精密加工等技术领域对微小机械的驱动技术日益增多。作为驱动技术的核心，微纳米级微驱动技术在这种需求下成为人们关注的焦点。传统的精密驱动主要采用机械式，如精密丝杠副及滚动，滑动导轨、精密螺纹机构等，但由于存在间隙、摩擦、爬行等问题，其精度很难满足要求，在这种条件下发展出许多新型的驱动方式，其中以压电材料为驱动原件的驱动器由于其功耗低，响应速度快等优点成为近年来精密驱动装置的一个重要分支。
压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间的相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形阶段，定子和动子间的摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段是表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。鉴于此，传统的压电粘滑驱动器，回退现象明显，输出效率较低。
发明内容
为了抑制压电粘滑驱动器的回退，同时提高驱动器的输出效率，本实用新型公开了一种寄生式压电粘滑驱动器。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种寄生式压电粘滑驱动器由定子、环形转子、固定基座组成；其中定子通过螺钉固定安装在固定基座上，环形转子内圈与定子的驱动足弹性接触；所述定子包括第一驱动足、第一复位弹簧、第二驱动足、第二复位弹簧、第三驱动足、第三复位弹簧、第四驱动足、第四复位弹簧、八边形柔性铰链、压电叠堆；定子中的压电叠堆采用紧配合的方式内嵌于八边形柔性铰链凹槽内，并与第一、第三复位弹簧平行，第一、第三驱动足、第二、第四驱动足形状相同、旋转对称，分别固连于第一、第三复位弹簧、第二、第四复位弹簧上；复位弹簧使用非对称结构，增加了前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，抑制环形转子回退；压电叠堆工作时，八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子交替步进。
所述第一复位弹簧、第二复位弹簧、第三复位弹簧、第四复位弹簧采用非对称结构，复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)刚度小于复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)；所述的复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用厚度大于复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)的直梁结构或复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)采用S型梁结构，复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用直梁结构；通过非对称的复位弹簧增加前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，从而提高步进运动的效率，抑制环形转子回退；所述的第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足均采用柔性非对称结构，固定连接在对应的复位弹簧上，更利于环形转子转动。
所述的八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形；压电叠堆伸长时，推动八边形柔性铰链产生微小位移，第一、第三复位弹簧向外凸起，第二、第四复位弹簧向内凹陷，使得第一、第三驱动足驱动环形转子顺时针旋转一个微小角度；压电叠堆回缩时，第二、第四复位弹簧由凹陷状态复位，使第二、第四驱动足驱动环形转子继续顺时针旋转一个微小角度，实现环形转子的交替步进。
本实用新型的有益效果是：结构简单、紧凑，控制便捷，基于寄生运动原理，实现了环形转子的交替步进，提高了驱动器的输出效率，同时起到了抑制回退的效果。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。附图中：
图1是本实用新型提出的寄生式压电粘滑驱动器的结构示意图；
图2是本实用新型提出的寄生式压电粘滑驱动器的定子结构示意图；
图3是本实用新型提出的定子结构复位弹簧示意图(1)。
图4是本实用新型提出的定子结构复位弹簧示意图(2)。
图5是本实用新型提出的寄生式压电粘滑驱动器的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明实施方法：
如图1、2所示，定子(1)通过螺钉固定安装在固定基座(3)上，环形转子(2)内圈与定子(1)的柔性驱动足弹性接触；所述定子(1)包括第一驱动足(1-1)、第一复位弹簧(1-2)、第二驱动足(1-3)、第二复位弹簧(1-4)、第三驱动足(1-5)、第三复位弹簧(1-6)、第四驱动足(1-7)、第四复位弹簧(1-8)、八边形柔性铰链(1-9)、压电叠堆(1-10)；定子(1)中的压电叠堆(1-10)采用紧配合的方式内嵌于八边形柔性铰链(1-9)凹槽内，并与第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)平行，第一、第三驱动足(1-1、1-5)、第二、第四驱动足(1-3、1-7)形状相同、旋转对称，分别固连于第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)、第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)上；
本实施方法提供了一种寄生式压电粘滑驱动器的驱动方法，其特征是按以下步骤进行的：
步骤a：从t0至t1时刻，给压电叠堆(1-10)施加三角波，压电叠堆(1-10)缓慢伸长，推动八边形柔性铰链(1-9)缓慢变形产生微小位移，第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)向外凸起，第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)向内凹陷。由于八边形柔性铰链(1-9)的寄生运动，使得第一、第三驱动足(1-1、1-5)在与环形转子(2)的接触点上产生同时沿环形转子(2)轴向的预紧力和绕环形转子(2)转轴的驱动力；即同时产生△x、△y两个位移量。在摩擦力的作用下，环形转子(2)顺时针旋转一个微小角度△α。
步骤b：从t1至t2时刻，停止施加三角波，压电叠堆(1-10)迅速回退至初始位置，第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)由凸起状态复位，第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)由凹陷状态复位，第二、第四驱动足(1-3、1-7)与环形转子(2)的接触点的预紧力增大，在摩擦力的作用下，环形转子(2)继续顺时针旋转一个微小角度△β，从而达到环形转子的步进式转动，起到了抑制回退的效果。
综上所述，本实用新型提供了一种寄生式压电粘滑驱动器，利用八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子交替步进。本实用新型基于寄生运动原理，提供的压电粘滑驱动方式能够抑制环形转子位移回退现象的发生。本实用新型具有结构简单、紧凑，控制便捷等特点，在精密医疗器械，光学精密仪器和半导体加工等微纳米精密驱动与定位领域中具有很好的应用前景。
Claims (3)
1.一种寄生式压电粘滑驱动器，其特征在于该寄生式压电粘滑驱动器由定子(1)、环形转子(2)、固定基座(3)组成；其中定子(1)通过螺钉固定安装在固定基座(3)上，环形转子(2)内圈与定子(1)的驱动足弹性接触；所述定子(1)包括第一驱动足(1-1)、第一复位弹簧(1-2)、第二驱动足(1-3)、第二复位弹簧(1-4)、第三驱动足(1-5)、第三复位弹簧(1-6)、第四驱动足(1-7)、第四复位弹簧(1-8)、八边形柔性铰链(1-9)、压电叠堆(1-10)；定子(1)中的压电叠堆(1-10)采用紧配合的方式内嵌于八边形柔性铰链(1-9)凹槽内，并与第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)平行，第一、第三驱动足(1-1、1-5)，第二、第四驱动足(1-3、1-7)形状相同、旋转对称，分别固连于第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)，第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)上；复位弹簧使用非对称结构，增加了前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，抑制环形转子(2)回退；压电叠堆(1-10)工作时，八边形柔性铰链(1-9)的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子(2)交替步进。
2.根据权利要求1所述的一种寄生式压电粘滑驱动器，其特征在于所述的第一复位弹簧(1-2)、第二复位弹簧(1-4)、第三复位弹簧(1-6)、第四复位弹簧(1-8)采用非对称结构，复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)刚度小于复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)；所述的复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用厚度大于复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)的直梁结构或复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)采用S型梁结构，复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用直梁结构；通过非对称的复位弹簧增加前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，从而提高步进运动的效率，抑制环形转子(2)回退；所述的第一驱动足(1-1)、第二驱动足(1-3)、第三驱动足(1-5)、第四驱动足(1-7)均采用柔性非对称结构，固定连接在对应的复位弹簧上，更利于环形转子(2)转动。
3.根据权利要求1所述的一种寄生式压电粘滑驱动器，其工作特征在于所述的八边形柔性铰链(1-9)的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形；压电叠堆(1-10)伸长时，推动八边形柔性铰链(1-9)产生微小位移，第一、第三复位弹簧(1-2、1-6)向外凸起，第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)向内凹陷，使得第一、第三驱动足(1-1、1-5)驱动环形转子(2)顺时针旋转一个微小角度；压电叠堆(1-10)回缩时，第二、第四复位弹簧(1-4、1-8)由凹陷状态复位，使第二、第四驱动足(1-3、1-7)驱动环形转子(2)继续顺时针旋转一个微小角度，实现环形转子(2)的交替步进。
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| CN108712104A (zh) * | 2018-08-08 | 2018-10-26 | 吉林大学 | 一种寄生式压电粘滑驱动器 |
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2018
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