【技术实现步骤摘要】
本技术涉及精密驱动领域,特别涉及一种具有纳米级驱动精度的基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台。通过内包络式压电驱动单元结合具有特征形态的仿生楔形触角,可实现微弧度级的转动精度。在此基础上,结合楔形触角的可控热膨胀,可实现纳弧度级转角的精密驱动,即实现压电式旋转平台的宏微耦合驱动模式。本技术可为微纳操作、精密光学等有微纳米级精密驱动需求的诸多领域提供技术支撑,亦可作为微构件微尺度力学性能精密测试的加载单元。
技术介绍
传统精密驱动与传动技术往往采用伺服电机、直线电机等驱动部件作为驱动动力源,以及滚数丝杠、蜗轮蜗杆、线性导轨、曲柄连杆机构等传动部件构成复杂传动系统。由于存在电机回转机械惯性、电磁扰动、传动效率损耗、机构爬行、传动系统间隙、换向冲击、滑动磨损等影响精密传动过程的不利因素,传统驱动与传动技术难以实现纳米级精密驱动与定位的要求。相比于通过电致伸缩、磁致伸缩、记忆合金变形等效应实现的精密驱动技术,压电驱动技术具有响应频率高和传动柔性化等特点。以压电精密驱动技术为代表的微纳精密驱动技术在精密光学、控制工程、微电子技术、航空航天、生物医学工程等领域应用广泛,尤其在航天飞行器空间对接、仿生微型机器人驱动、超精密加工与装配、显微生物医学组织操作等前沿领域具有难以替代的作用。而精密驱动器作为对目标对象直接定位与操控的执行器,其驱动性能直接影响其定位精度与操控对象的运动分辨率。根据驱动原理及运动形式的不同,压电驱动器可主要分为惯性式和尺蠖型两种。其中惯性式压电驱动器具有分辨率高、机械结构简单、输出行程大等特点。相比于直线式驱动器,旋转驱动器具有更复杂的传动结构 ...
【技术保护点】
一种基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:包括宏观压电驱动单元、微观热膨胀驱动单元、微回转单元以及支撑单元,所述宏观压电驱动单元嵌入式刚性安装在支撑单元中的基座(7)的矩形槽中,内包络式柔性铰链A、B(2、13)对称轴线的非固定部分通过支撑单元中的硬质钢球(6)浮动于基座(7)的弧形导向槽上;微观热膨胀驱动单元中的高温陶瓷加热棒(1)过盈安装于宏观压电驱动单元中对称式布局的内包络式柔性铰链A、B(2、13)外侧的开槽内孔中;微回转单元中的柱形转动体(11)的圆柱母线与微观热膨胀驱动单元中的仿生楔形触角A、B(8、12)的触点保持线弹性接触,且陶瓷球轴承(9)的外圈过盈安装于支撑单元中的基座(7)的中心阶梯内孔中。
【技术特征摘要】
1.一种基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:包括宏观压电驱动单元、微观热膨胀驱动单元、微回转单元以及支撑单元,所述宏观压电驱动单元嵌入式刚性安装在支撑单元中的基座(7)的矩形槽中,内包络式柔性铰链A、B(2、13)对称轴线的非固定部分通过支撑单元中的硬质钢球(6)浮动于基座(7)的弧形导向槽上;微观热膨胀驱动单元中的高温陶瓷加热棒(1)过盈安装于宏观压电驱动单元中对称式布局的内包络式柔性铰链A、B(2、13)外侧的开槽内孔中;微回转单元中的柱形转动体(11)的圆柱母线与微观热膨胀驱动单元中的仿生楔形触角A、B(8、12)的触点保持线弹性接触,且陶瓷球轴承(9)的外圈过盈安装于支撑单元中的基座(7)的中心阶梯内孔中。2.根据权利要求1所述的基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:所述的宏观压电驱动单元包括内包络式柔性铰链A、B(2、13)、内六角螺钉(3)、铰链刚性支撑端(4)和压电促动器(5),所述内包络式柔性铰链A、B(2、13)具有圆环形拓扑结构,且分别具有八处圆弧过渡式的柔性结构,铰链刚性支撑端(4)通过内六角螺钉(3)与基座(7)连接,一组压电促动器(5)具有输出位移自检测功能并同轴、共面、对称安装于内包络式柔性铰链A、B(2、13)的刚性内侧壁之间,其对称轴为柱形转动体(11)的中轴线。3.根据权利要求1所述的基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:所述的微观热膨胀驱动单元包括一组高温陶瓷加热棒(1)和仿生楔形触角A、B(8、12),所述高温陶瓷加热棒(1)以柱形转动体(11)的中轴线为对称轴安装在内包络式柔性铰链A、B(2、13)外侧的开槽内孔中,仿生楔形触角A、B(8、12)具有弧形“月牙式”的阵列微结构,且附着在内包络式柔性铰链A、B(2、13)外侧的开槽圆柱外表面。4.根据权利要求1所述的基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:所述的微回转单元包括陶瓷球轴承(9)、刚性平面反光板(10)和柱形转动体(11),所述柱形转动体(11)的阶梯轴过盈安装在陶瓷球轴承(9)内圈中,刚性平面反光板(10)为具有反光特性的非透明硅片,用于对微转角进行入射和反射光路探测,内嵌安装在柱形转动体(11)的矩形凹槽中;所述的支撑单元包括一组硬质钢球(6)和基座(7),所述硬质钢球(6)安装在基座(7)的弧形导向凹槽中,并与内包络式柔性铰链A、B(2、13)下表面的内凹槽保持弹性点接触,基座(7)的上表面,除弧形导向凹槽处,整体涂覆有厚度为0.5mm的TDD真空绝热涂层材料,以削弱高温陶瓷加热棒(1)的高温热辐射对基座(7)的热变形影响;此外,基座(7)加工有一组螺纹孔,与气浮隔振台或高分辨显微镜调整平台的定位与安装。5.根据权利要求1或2或3所述的基于仿生触角和热膨胀的宏微驱动旋转平台,其特征在于:所述的内包络式柔性铰链A、B(2、13)与铰链刚性支撑端(4)之间采用可转动式的圆弧形柔性结构进行连接,即可实现对称式内包络式柔性铰链A、B(2、13)在其环形拓扑平面上的旋转自由度,在仿生楔形触角A、B(8、12)的触点与柱形转动体(11)外圆柱面间的接触载荷过大的情况下,该圆弧形柔性结构可沿背离触点接触区域的防线产生扭转变形以降低局部接触区域的接触应力,对柱形转动体(11)的宏观旋转驱动过程起到缓冲、减震的作用;...
【专利技术属性】
技术研发人员:马志超,赵宏伟,任露泉,姜哲,
申请(专利权)人:吉林大学,
类型:新型
国别省市:吉林;22
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