双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法技术

一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法，以解决当前压电粘滑直线马达由于采用单定子驱动所导致的输出推力小、行程短、精度低等技术问题。本发明专利技术由非对称式驱动组件、导轨组件、滑台、预紧力加载器和固定台组成。所述非对称式驱动组件通过产生侧向位移，调整其与导轨组件之间的接触正压力，以实现对摩擦力的综合调控；同时，本发明专利技术通过不同非对称电信号组合激励非对称式驱动组件，可实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式。本发明专利技术具有结构简单、负载能力强，且运动稳定等特点，在光学精密仪器和半导体加工等微纳精密驱动与定位领域中具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法
本专利技术涉及一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位

技术介绍
由于微纳米科技的迅速发展，传统的宏观大尺寸驱动装置，如普通电机、齿轮传动、丝杠螺母、蜗轮蜗杆等已很难满足现代科技的精度要求。各类精密超精密加工与测量技术、微机电系统、精密光学、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天、机器人、军事技术等高尖端的科学
都迫切需要亚微米级、微／纳米级的精密驱动马达。压电材料逆压电效应的发现及具有优越性能的压电陶瓷材料的出现使得压电精密马达的研究得到了广泛关注，并在精密驱动领域显示出了广泛的应用前景。由于压电叠堆体积小、频响高、发热少、输出力大、无噪声、性能稳定等优点，精密加工与定位技术中广泛采用基于压电叠堆驱动源的新型高精度驱动马达。传统的驱动马达往往存在结构复杂、载荷输出小，运动稳定性差等缺点，因此，设计一种结构简单、负载能力强，且运动稳定的微纳米级粘滑惯性驱动马达是十分有必要的。
技术实现思路
为解决传统的驱动马达存在的结构复杂、载荷输出小，运动稳定性差等问题，本专利技术公开了一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法。本专利技术所采用的技术方案：为达到上述目的，本专利技术提供一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，该双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机包括非对称式驱动组件、导轨组件、滑台、预紧力加载器和固定台。所述两个非对称式驱动组件通过固定台前端部的对应螺纹孔并联安装在固定台上，所述导轨组件安装在滑台上，所述滑台安装在固定台上，所述预紧力加载器安装在固定台后端部。所述非对称式驱动组件包括方形垫片、铰链固定螺栓、预紧螺钉、非对称式菱形放大机构和压电叠堆；所述方形垫片和基米螺钉将压电叠堆固定在非对称式菱形放大机构内；所述铰链固定螺栓安装在非对称式菱形放大机构后端部；所述非对称式菱形放大机构可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料；所述非对称式菱形放大机构右侧设置有单棱边几何柔性铰链；所述非对称式菱形放大机构两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ，该刚性连接梁连接同侧的两个圆弧形柔性铰链结构；所述非对称式菱形放大机构后端部设置有铰链固定螺栓安装孔，通过铰链固定螺栓与铰链安装螺纹孔的螺纹连接，固定非对称式菱形放大机构在滑台上；所述非对称式菱形放大机构尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔，所述预紧螺钉通过预紧螺钉安装螺纹孔实现对压电叠堆的轴向预紧；所述非对称式菱形放大机构设置有垫片限位槽；所述非对称式菱形放大机构左侧设置有刚性连接梁Ⅱ，所述圆弧形柔性铰链通过刚性连接梁Ⅱ与前端部的横梁进行连接；所述非对称式菱形放大机构顶部设置有半圆形驱动足；所述非对称式菱形放大机构前端部设置有横梁。所述导轨组件为双列交叉滚柱导轨；所述导轨组件包括固定导轨、外围装置安装螺纹孔、活动导轨、限位螺栓、导轨安装孔、导轨固定螺栓和滚柱保持架组件；所述外围装置安装螺纹孔可与外围装置连接；所述滚柱保持架组件分别与活动导轨和固定导轨接触；所述限位螺栓安装于固定导轨和活动导轨两端；所述导轨安装孔通过导轨固定螺栓与导轨安装螺纹孔螺纹连接，安装固定导轨在滑台的导轨安装平面上。所述滑台包括导轨安装螺纹孔、导轨安装平面、预紧力加载器凹槽、上限位螺钉、支撑架、上弹簧固定螺栓和上滑动轨道；所述导轨安装螺纹孔与导轨固定螺栓螺纹连接；所述导轨组件通过导轨安装螺纹孔安装在导轨安装平面上；所述预紧力加载器凹槽与预紧力加载器上的顶端解耦球头接触；所述上限位螺钉安装在上滑动轨道的两端；所述支撑架与滑动凸台安装平面接触；所述上弹簧固定螺栓配合下弹簧固定螺栓安装固定弹簧；所述上滑动轨道与球形滑动导轨接触。所述预紧力加载器包括手动调节螺杆和解耦球头；所述手动调节螺杆的外螺纹与预紧力加载器安装螺纹孔的内螺纹进行螺纹连接配合；所述解耦球头与预紧力加载器凹槽接触。所述固定台包括下弹簧固定螺栓、弹簧、滑动凸台安装平面、铰链限位凸台、铰链安装平面、铰链安装螺纹孔、下限位螺钉、球形滑动导轨、垫块、底座安装孔、下滑动轨道和预紧力加载器安装螺纹孔；所述下弹簧固定螺栓配合上弹簧固定螺栓安装固定弹簧；所述滑动凸台安装平面与支撑架接触；所述铰链限位凸台限定非对称式驱动组件的安装位置；所述铰链安装平面和铰链安装螺纹孔固定安装非对称式驱动组件；所述下限位螺钉安装在下滑动轨道的两端；所述球形滑动导轨在上滑动轨道与下滑动轨道组成的滑轨内移动；所述垫块可与其他外围装置进行接触；所述底座安装孔可与其他外围装置进行固定安装；所述下滑动轨道与球形滑动导轨接触；所述预紧力加载器安装螺纹孔与预紧力加载器螺纹连接。所述单棱边几何柔性铰链可选用直圆形柔性铰链、直梁-倒角形铰链、椭圆形柔性铰链、V形柔性铰链、直圆-倒角形柔性铰链、直圆-椭圆形柔性铰链、双曲线形柔性铰链或抛物线形柔性铰链，所述直圆形柔性铰链的高度为a1，铰链厚度为b1，直圆半径为c1，其中b1<a1且2c1<a1；所述直梁-倒角形铰链的高度为a2，铰链厚度为b2，直梁长度为c2，其中b2<a2且c2<a2；所述椭圆形柔性铰链的高度为a3，椭圆短轴长为2b3，椭圆长轴长为2c3，铰链厚度为d3，其中b3、c3满足：x2/c32+y2/b32=1且(c3>b3>0)，d3<a3；所述V形柔性铰链的高度为a4，铰链厚度为b4，铰链宽度为c4，V形角的角度为d4，其中b4<a4，c4<a4且0o<d4<180o；所述直圆-倒角形柔性铰链的高度为a5，铰链厚度为b5，铰链宽度为c5，直圆半径为d5，其中b5<a5，c5<a5且d5<c5；所述直圆-椭圆形柔性铰链的高度为a6，柔性铰链厚度为c6，椭圆短轴长为2b6，椭圆长轴长为2d6，直圆半径为e6，其中b6、d6满足x2/b62+y2/d62=1且(b6>d6>0)，c6<a6，2e6<a6；所述抛物线形柔性铰链的高度为a7，抛物线的焦准距为b7，铰链宽度为c7，铰链厚度为d7，其中b7满足：y2=4b7x，c7<a7，d7<a7；所述双曲线形柔性铰链的高度为a8，铰链宽度为c8，双曲线实轴长为2b8，虚轴长为2d8，其中c8<a8且b8、d8满足：x2/b82-y2/d82=1；所述垫片限位槽宽度为B，所述方形垫片宽度为C，厚度为b，其中b的取值范围为1~2.5mm，B=（C+1）mm；所述半圆形驱动足的厚度为N，其中N的取值范围为6~9mm，所述半圆形驱动足端面相应涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料。另外，为了达到上述目的，本专利技术提供了一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机驱动方法，该驱动方法基于所述一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机实现；所述驱动方法主要是在非对称电信号激励下，若同时将两组对称性为D1的电信号分别输入两个非对称式驱动组件，其中，对称性D1的取值范围为51~99本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：该直线电机包括非对称式驱动组件（1）、导轨组件（2）、滑台（3）、预紧力加载器（4）和固定台（5）；其中，两个非对称式驱动组件（1）并联安装在固定台（5）前端部，导轨组件（2）安装在滑台（3）上，滑台（3）安装在固定台（5）上，预紧力加载器（4）安装在固定台（5）后端部；所述非对称式驱动组件（1）包括方形垫片（1‑1）、铰链固定螺栓（1‑2）、预紧螺钉（1‑3）、非对称式菱形放大机构（1‑4）和压电叠堆（1‑5）；所述方形垫片（1‑1）和预紧螺钉（1‑3）将压电叠堆（1‑5）固定在非对称式菱形放大机构（1‑4）内；所述铰链固定螺栓（1‑2）安装在非对称式菱形放大机构（1‑4）后端部；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti‑35A钛合金或Ti‑13钛合金材料；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）右侧设置有单棱边几何柔性铰链（1‑4‑1）；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ（1‑4‑2），该刚性连接梁连接同侧的两个圆弧形柔性铰链（1‑4‑6）结构；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）后端部设置有铰链固定螺栓安装孔（1‑4‑3），通过铰链固定螺栓（1‑2）与铰链安装螺纹孔（5‑6）的螺纹连接，固定非对称式菱形放大机构（1‑4）在滑台（3）上；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔（1‑4‑4），所述预紧螺钉（1‑3）通过预紧螺钉安装螺纹孔（1‑4‑4）实现对压电叠堆（1‑5）的轴向预紧；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）设置有垫片限位槽（1‑4‑5）；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）左侧设置有刚性连接梁Ⅱ（1‑4‑7），所述圆弧形柔性铰链（1‑4‑6）通过刚性连接梁Ⅱ（1‑4‑7）与前端部的横梁（1‑4‑9）进行连接；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）顶部设置有半圆形驱动足（1‑4‑8）；所述非对称式菱形放大机构（1‑4）前端部设置有横梁（1‑4‑9）。...

【技术特征摘要】
1.一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：该直线电机包括非对称式驱动组件（1）、导轨组件（2）、滑台（3）、预紧力加载器（4）和固定台（5）；其中，两个非对称式驱动组件（1）并联安装在固定台（5）前端部，导轨组件（2）安装在滑台（3）上，滑台（3）安装在固定台（5）上，预紧力加载器（4）安装在固定台（5）后端部；所述非对称式驱动组件（1）包括方形垫片（1-1）、铰链固定螺栓（1-2）、预紧螺钉（1-3）、非对称式菱形放大机构（1-4）和压电叠堆（1-5）；所述方形垫片（1-1）和预紧螺钉（1-3）将压电叠堆（1-5）固定在非对称式菱形放大机构（1-4）内；所述铰链固定螺栓（1-2）安装在非对称式菱形放大机构（1-4）后端部；所述非对称式菱形放大机构（1-4）可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料；所述非对称式菱形放大机构（1-4）右侧设置有单棱边几何柔性铰链（1-4-1）；所述非对称式菱形放大机构（1-4）两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ（1-4-2），该刚性连接梁连接同侧的两个圆弧形柔性铰链（1-4-6）结构；所述非对称式菱形放大机构（1-4）后端部设置有铰链固定螺栓安装孔（1-4-3），通过铰链固定螺栓（1-2）与铰链安装螺纹孔（5-6）的螺纹连接，固定非对称式菱形放大机构（1-4）在滑台（3）上；所述非对称式菱形放大机构（1-4）尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔（1-4-4），所述预紧螺钉（1-3）通过预紧螺钉安装螺纹孔（1-4-4）实现对压电叠堆（1-5）的轴向预紧；所述非对称式菱形放大机构（1-4）设置有垫片限位槽（1-4-5）；所述非对称式菱形放大机构（1-4）左侧设置有刚性连接梁Ⅱ（1-4-7），所述圆弧形柔性铰链（1-4-6）通过刚性连接梁Ⅱ（1-4-7）与前端部的横梁（1-4-9）进行连接；所述非对称式菱形放大机构（1-4）顶部设置有半圆形驱动足（1-4-8）；所述非对称式菱形放大机构（1-4）前端部设置有横梁（1-4-9）。2.根据权利要求1所述一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：所述导轨组件（2）为双列交叉滚柱导轨；所述导轨组件（2）包括固定导轨（2-1）、外围装置安装螺纹孔（2-2）、活动导轨（2-3）、限位螺栓（2-4）、导轨安装孔（2-5）、导轨固定螺栓（2-6）和滚柱保持架组件（2-7）；所述外围装置安装螺纹孔（2-2）可与外围装置连接；所述滚柱保持架组件（2-7）分别与活动导轨（2-3）和固定导轨（2-1）接触；所述限位螺栓（2-4）安装于固定导轨（2-1）和活动导轨（2-3）两端；所述导轨安装孔（2-5）通过导轨固定螺栓（2-6）与导轨安装螺纹孔（3-1）螺纹连接，安装固定导轨（2-1）在滑台（3）的导轨安装平面（3-2）上。3.根据权利要求1所述一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：所述滑台（3）包括导轨安装螺纹孔（3-1）、导轨安装平面（3-2）、预紧力加载器凹槽（3-3）、上限位螺钉（3-4）、支撑架（3-5）、上弹簧固定螺栓（3-6）和上滑动轨道（3-7）；所述导轨安装螺纹孔（3-1）与导轨固定螺栓（2-6）螺纹连接；所述导轨组件（2）通过导轨安装螺纹孔（3-1）安装在导轨安装平面（3-2）上；所述预紧力加载器凹槽（3-3）与预紧力加载器（4）上的顶端解耦球头（4-2）接触；所述上限位螺钉（3-4）安装在上滑动轨道（3-7）的两端；所述支撑架（3-5）与滑动凸台安装平面（5-3）接触；所述上弹簧固定螺栓（3-6）配合下弹簧固定螺栓（5-1）安装固定弹簧（5-2）；所述上滑动轨道（3-7）与球形滑动导轨（5-8）接触。4.根据权利要求1所述一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：所述预紧力加载器（4）包括手动调节螺杆（4-1）和解耦球头（4-2）；所述手动调节螺杆（4-1）的外螺纹与预紧力加载器安装螺纹孔（5-12）的内螺纹进行螺纹连接配合；所述解耦球头（4-2）与预紧力加载器凹槽（3-3）接触。5.根据权利要求1所述一种双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机，其特征在于：所述固定台（5）包括下弹簧固定螺栓（5-1）、弹簧（5-2）、滑动凸台安装平面（5-3）、铰链...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，王舒扬，唐晚静，邢辉达，宁鹏，杨晨，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22