CN213906578U - 一种超精密平行放大式促动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超精密平行放大式促动器，包括放大式促动器主体和压电陶瓷，放大式促动器主体包括陶瓷左固定端、四个柔性铰链、下圆弧凸台、陶瓷右固定端和上圆弧凸台，陶瓷左固定端、上圆弧凸台、陶瓷右固定端和下圆弧凸台顺次连接形成闭环式中空腔，相邻两结构之间均通过一柔性铰链连接，两圆弧凸台上下对称布置，压电陶瓷两端分别与陶瓷左固定端和陶瓷右固定端接触，陶瓷左固定端和陶瓷右固定端的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链和两圆弧凸台的外侧面均为平面，在放大式促动器主体的上表面贴有若干应变传感器。本实用新型具有小体积、高精度、误差小和传动速度快的特点，且多个产品可拼装成更大位移及多自由度定位台。

Description

一种超精密平行放大式促动器

技术领域

本实用新型属于促动器技术领域，尤其是涉及一种超精密平行放大式促动器。

背景技术

随着当今科技水平不断提升，超精密加工和精密作业等领域不断地深入研究，对于精密运动有了更进一步的研究需求。传统的机械加工和机械运动领域均采用电机、滚珠丝杠、蜗轮蜗杆等方式，然而上述技术存在体积大、重量大、噪声大、机械传动误差大等不足，已远远不能满足现在的超精密加工要求，由此有必要开始进一步研究新型致动方式来替代或补偿传统的致动方式。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种超精密平行放大式促动器，以解决传统驱动设备传动误差大，占用空间大和重量大的问题，本申请的多个产品可拼装成更大位移及多自由度定位台。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种超精密平行放大式促动器，包括放大式促动器主体和压电陶瓷，所述的放大式促动器主体包括陶瓷左固定端、四个柔性铰链、下圆弧凸台、陶瓷右固定端和上圆弧凸台，所述的陶瓷左固定端、上圆弧凸台、陶瓷右固定端和下圆弧凸台顺次连接形成闭环式中空腔，且陶瓷左固定端与上圆弧凸台的左端之间、上圆弧凸台的右端与陶瓷右固定端之间、陶瓷右固定端与下圆弧凸台的右端之间及下圆弧凸台的左端与陶瓷左固定端之间分别通过一柔性铰链连接，所述上圆弧凸台和下圆弧凸台上下对称布置，四个柔性铰链在两个圆弧凸台的左右两侧对称布置，所述的压电陶瓷的两端分别与陶瓷左固定端和陶瓷右固定端接触，且陶瓷左固定端和陶瓷右固定端的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链、上圆弧凸台和下圆弧凸台的外侧面均为平面，在放大式促动器主体的上表面贴有若干应变传感器。

进一步的，所述陶瓷左固定端和陶瓷右固定端的中心连线与水平线呈夹角α为 3-20°。

进一步的，在放大式促动器主体的左右两侧自上表面至下表面贯穿对称布置四个螺纹孔，且其中一侧的两个螺纹孔与螺钉配合固定放大式促动器，另一侧的两个螺纹孔与螺钉配合连接负载。

进一步的，所述压电陶瓷为低压叠堆共烧压电陶瓷。

进一步的，所述压电陶瓷的长度大于陶瓷左固定端的端面和陶瓷右固定端的端面之间的垂直距离。

进一步的，所述应变传感器设置四个，且两两一组对称布置，四个应变传感器对应四个柔性铰链处布置。

进一步的，所述柔性铰链的厚度为0.2-1mm。

进一步的，上圆弧凸台、下圆弧凸台两侧与相应的柔性铰链之间均为一体制成。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种超精密平行放大式促动器具有以下优势：

本申请利用压电技术的逆压电效应原理，配合放大式促动器主体的结构设计，从而达到小体积、高精度、误差小、传动速度快等特点。

产品重量更轻、结构更优化、加工更容易、装配也更简单；本实用新型多个产品可拼装成更大位移和实现更多功能的标准件产品。

本申请的放大式促动器，平行运动，具有非常高的分辨率，运动直线性好，结构紧凑。

采用高精度传感器对位置进行实时检测反馈，可以实时对位移进行精密调整，实现纳米级的精密定位控制。响应速度非常快，可实现低于1ms的阶跃时间。小体积可以很容易的安装到其他的定位系统并且可以配置应变计传感器消除压电陶瓷的迟滞与蠕变特性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种超精密平行放大式促动器的仰视图；

图2为本实用新型实施例所述的一种超精密平行放大式促动器的主视图；

图3为本实用新型实施例所述的一种超精密平行放大式促动器的俯视图。

附图标记说明：

1-放大式促动器主体，2-压电陶瓷，3-应变传感器，4-1-第一螺纹孔，4-2-第二螺纹孔，5-1-陶瓷左固定端，5-2-陶瓷右固定端，6-1-柔性铰链一，6-2-柔性铰链二，6-3- 柔性铰链三，6-4-柔性铰链四，7-1-下圆弧凸台，7-2-上圆弧凸台。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-图3所示，一种超精密平行放大式促动器，包括放大式促动器主体1和压电陶瓷2，所述的放大式促动器主体1包括陶瓷左固定端5-1、四个柔性铰链、下圆弧凸台 7-1、陶瓷右固定端5-2和上圆弧凸台7-2，所述的陶瓷左固定端5-1、上圆弧凸台7-2、陶瓷右固定端5-2和下圆弧凸台7-1顺次连接形成闭环式中空腔，且相邻两结构之间均通过一柔性铰链连接，所述上圆弧凸台7-2和下圆弧凸台7-1上下对称布置，四个柔性铰链在两个圆弧凸台的左右两侧对称布置，具体的，四个柔性铰链分别为柔性铰链一6-1，柔性铰链二6-2，柔性铰链三6-3和柔性铰链四6-4，且陶瓷左固定端5-1与上圆弧凸台 7-2的左端之间通过柔性铰链四6-4连接，上圆弧凸台7-2的右端与陶瓷右固定端5-2 之间通过柔性铰链三6-3连接，陶瓷右固定端5-2与下圆弧凸台7-1的右端之间通过柔性铰链二6-2连接，下圆弧凸台7-1的左端与陶瓷左固定端5-1之间通过柔性铰链一6-1 连接，所述的压电陶瓷2的两端分别与陶瓷左固定端5-1和陶瓷右固定端5-2接触，所述的陶瓷左固定端5-1端面的中心线和陶瓷右固定端5-2的端面的中心线共线布置，且陶瓷左固定端5-1和陶瓷右固定端5-2的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链、上圆弧凸台7-2和下圆弧凸台7-1的外侧面均为平面，在放大式促动器主体1的上表面贴有若干应变传感器3，应变传感器3设置四个，且两两一组对称布置，四个应变传感器3对应四个柔性铰链处布置，通过应变传感器3检测四个柔性铰链的运动位移，并通过与相应的控制器配合，将检测的信号传递至控制器，控制器控制压电陶瓷的运动情况，从而形成闭环的控制，消除压电陶瓷的迟滞与蠕变特性。本文中涉及到的控制器对应变传感器3信号的收集及对压电陶瓷2的控制属于本领域的公知技术，在此不再赘述。

陶瓷左固定端5-1和陶瓷右固定端5-2的中心连线与水平线呈夹角α为3-20°，如此设置，满足设计要求和实际驱动需要。

在放大式促动器主体1的左右两侧自上表面至下表面贯穿对称布置四个螺纹孔，且其中一侧的两个螺纹孔为第一螺纹孔4-1，第一螺纹孔4-1与螺钉配合固定放大式促动器，另一侧的两个螺纹孔为第二螺纹孔4-2，第二螺纹孔4-2与螺钉配合连接负载。

压电陶瓷2为低压叠堆共烧压电陶瓷。该压电陶瓷可以承受很大的压力，刚度大，绝缘在侧边，陶瓷整个截面积均可致动，出力大，性能完好展现，不存在局部电场变形，不易出现点应力，低压叠堆共烧工艺压电陶瓷具有优异的性能及超长使用寿命，特殊的绝缘材料确保在严苛的条件下动态性能最大输出。

压电陶瓷2的长度大于陶瓷左固定端5-1的端面和陶瓷右固定端5-2的端面之间的垂直距离，具体的是压电陶瓷2过盈配合在两个固定端之间。如此设置便于压电陶瓷2 力的传递。

柔性铰链的厚度为0.2-1mm。上圆弧凸台、下圆弧凸台两侧与相应的柔性铰链均为一体制成，也就是在长方体构件上激光切割出相应的结构件，并且下圆弧凸台7-1和上圆弧凸台7-2的形状的设计，使得空腔内的体积变大，便于压电陶瓷2的安装。

本申请的四个柔性铰链、上圆弧凸台7-2和下圆弧凸台7-1的外侧面均为平面，柔性铰链的外表面为应变传感器3粘贴提供空间，从而可实现实时监测个柔性铰链的位移情况。

本申请的放大式促动器，在安装压电陶瓷2时并不会改变本申请的放大式促动器的高度，在上下串联使用时，运动位移精确，可任意叠加，相比于现有的纳米级放大式促进器的柔性铰链具有优势。

本申请的压电陶瓷2作为驱动原件，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料，具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，它频率稳定性好，精度高。

本申请的工作原理如下：

压电陶瓷2与两个陶瓷固定端固连，根据陶瓷的逆压电效应：在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，形变位移△L有如下关系式：

△L＝d33 n U

其中：d33：应变系数(m/V)；n：压电陶瓷片个数；U：驱动电压(V)。

所以在压电陶瓷2两端接电后产生位移通过两个陶瓷固定端传递到放大式促动器主体1的柔性铰链处，由于放大式促动器主体1的左端通过第一螺纹孔4-1与固定端相连，因此放大式促动器主体1的右端竖直向上运动，也就实现负载的竖直向上运动。本申请的促动器工作时，一端固定，另一端携带负载向上运动，工作状态下的促动器形成平行四边形结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：包括放大式促动器主体(1)和压电陶瓷(2)，所述的放大式促动器主体(1)包括陶瓷左固定端(5-1)、四个柔性铰链、下圆弧凸台(7-1)、陶瓷右固定端(5-2)和上圆弧凸台(7-2)，所述的陶瓷左固定端(5-1)、上圆弧凸台(7-2)、陶瓷右固定端(5-2)和下圆弧凸台(7-1)顺次连接形成闭环式中空腔，且陶瓷左固定端(5-1)与上圆弧凸台(7-2)的左端之间、上圆弧凸台(7-2)的右端与陶瓷右固定端(5-2)之间、陶瓷右固定端(5-2)与下圆弧凸台(7-1)的右端之间及下圆弧凸台(7-1)的左端与陶瓷左固定端(5-1)之间分别通过一柔性铰链连接，所述上圆弧凸台(7-2)和下圆弧凸台(7-1)上下对称布置，四个柔性铰链在两个圆弧凸台的左右两侧对称布置，所述的压电陶瓷(2)的两端分别与陶瓷左固定端(5-1)和陶瓷右固定端(5-2)接触，且陶瓷左固定端(5-1)和陶瓷右固定端(5-2)的中心连线与水平线呈夹角α布置，四个柔性铰链、上圆弧凸台(7-2)和下圆弧凸台(7-1)的外侧面均为平面，在放大式促动器主体(1)的上表面贴有若干应变传感器(3)。

2.根据权利要求1所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：所述陶瓷左固定端(5-1)和陶瓷右固定端(5-2)的中心连线与水平线呈夹角α为3-20°。

3.根据权利要求1所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：在放大式促动器主体(1)的左右两侧自上表面至下表面贯穿对称布置四个螺纹孔，且其中一侧的两个螺纹孔与螺钉配合固定放大式促动器，另一侧的两个螺纹孔与螺钉配合连接负载。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：所述压电陶瓷(2)为低压叠堆共烧压电陶瓷。

5.根据权利要求4所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：所述压电陶瓷(2)的长度大于陶瓷左固定端(5-1)的端面和陶瓷右固定端(5-2)的端面之间的垂直距离。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：所述应变传感器(3)设置四个，且两两一组对称布置，四个应变传感器(3)对应四个柔性铰链处布置。

7.根据权利要求6所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：所述柔性铰链的厚度为0.2-1mm。

8.根据权利要求1、2或7所述的一种超精密平行放大式促动器，其特征在于：上圆弧凸台、下圆弧凸台两侧与相应的柔性铰链均为一体制成。

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