正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法技术

技术编号:18291925 阅读:33 留言:0更新日期:2018-06-24 07:42
一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法,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。本发明专利技术由斜梯形正交驱动组件、动子组件、底座、位移调节器、燕尾平台和燕尾平台限位条组成。所述斜梯形正交驱动组件通过产生侧向位移,调整其与动子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斜梯形正交驱动组件,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输出推力大、精度高、行程大等特点,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】
正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法
本专利技术涉及一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法,属于微纳精密驱动与定位

技术介绍
压电马达是利用压电材料的逆压电效应实现精密输出运动的新型驱动装置。压电元件具有稳定性好、响应迅速、定位精确、能量转化率高、驱动力大等优点,常用的压电材料适于被加工成各种形状,而且经过特殊工艺制造的由多层压电陶瓷片构成的压电叠堆具有十分优良的性能,因此适合被应用到超精密定位
中。由于压电驱动的诸多优势所在,压电精密微驱动技术己成为国内外学者研究的重点。压电粘滑直线马达主要是将非对称激励电信号施加于压电元件,激发振子产生快慢交替的运动变形,控制振子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换,利用振子与动子间的摩擦力驱动动子实现机械运动输出。中国专利技术专利《菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法》,授权公告号为CN105897043B,授权公告日为2017.08.29,公开的菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达由预紧力调节装置、斜拉式定子和动子组成,其中斜拉式定子安装在预紧力调节装置上,动子安装在预紧力调节装置上;中国专利技术专利《斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法》,授权公告号为CN105827140B,授权公告日为2017.08.22,公开的斜槽式精密压电粘滑直线马达由固定台、预压力调整机构、斜槽式定子和动子组成,其中预压力调整机构固定在固定台,斜槽式定子安装在预压力调整机构上,动子安装在固定台上;中国专利技术专利《斜梯形正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法》,授权公告号为CN105827144B,授权公告日为2017.08.29,公开的斜梯形正交驱动型压电粘滑直线马达由加载装置、定子和动子组成,其中定子安装在加载装置上,动子固定安装在加载装置上。上述几种公开技术,其虽能通过调整定子与动子间接触的正压力,实现对整个粘滑驱动过程中摩擦力的综合调控,但由于上述几种公开技术均采用单定子驱动方式,导致其存在输出推力小,行程短,精度低等技术问题,很大程度上限制了压电粘滑直线马达的应用与发展。
技术实现思路
为解决已有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,本专利技术公开了一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法。本专利技术所采用的技术方案:所述正交双驱动式精密压电粘滑直线马达包括斜梯形正交驱动组件、动子组件、底座、位移调节器、燕尾平台和燕尾平台限位条。其中,两个以压电叠堆为驱动源的斜梯形正交驱动组件通过底座前端部对应的螺纹孔并联固定在底座上,动子组件安装在燕尾平台上,位移调节器安装在底座后端部,燕尾平台安装在底座上且限定在燕尾平台限位条内,燕尾平台限位条固定在底座上。所述斜梯形正交驱动组件包括垫片、固定螺栓、预紧螺钉、菱形垂直铰链和压电叠堆;所述垫片和预紧螺钉将压电叠堆固定在菱形垂直铰链内;所述菱形垂直铰链可采用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;所述菱形垂直铰链两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ和刚性连接梁Ⅱ,所述刚性连接梁Ⅰ连接斜梯形运动转换梁和几何形柔性铰链,所述刚性连接梁Ⅱ连接同侧的两个几何形柔性铰链;所述菱形垂直铰链后端部设置有固定螺栓安装孔,通过固定螺栓与铰链安装螺纹孔的螺纹连接将菱形垂直铰链直接固定在底座上;所述菱形垂直铰链尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔,预紧螺钉安装在预紧螺钉安装螺纹孔内;所述菱形垂直铰链设置有垫片槽;所述菱形垂直铰链两侧设置有几何形柔性铰链;所述菱形垂直铰链前端部设置有半圆形驱动足;所述菱形垂直铰链设置有斜梯形运动转换梁。所述动子组件为双列交叉滚柱导轨,所述动子组件包括固定导轨、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固定导轨和活动导轨接触;所述限位螺栓用于活动导轨的运动限位;所述导轨安装孔通过导轨固定螺栓与导轨安装螺纹孔的螺纹连接将固定导轨固定在燕尾平台的导轨安装平面上。所述底座包括燕尾平台限位条安装槽、燕尾平台安装平面、位移调节器安装螺纹孔、垫块、底座安装孔、铰链限位凸台、铰链安装平面和铰链安装螺纹孔;所述燕尾平台限位条安装槽与燕尾平台限位条凸台间隙配合;所述燕尾平台安装平面与燕尾平台滑行面接触;所述位移调节器安装螺纹孔安装位移调节器;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;所述铰链限位凸台限定菱形垂直铰链的安装位置;所述铰链安装平面和铰链安装螺纹孔固定安装菱形垂直铰链。所述位移调节器包括解耦球头和调节螺杆;所述调节螺杆的外螺纹与位移调节器安装螺纹孔的内螺纹进行螺纹连接配合;所述解耦球头与位移调节器凹槽接触。所述燕尾平台包括锁紧螺钉安装螺纹孔、锁紧螺钉、导轨安装平面、导轨安装螺纹孔、位移调节器挡板、燕尾平台滑行面、燕尾斜面和位移调节器凹槽;所述锁紧螺钉安装螺纹孔安装锁紧螺钉,所述锁紧螺钉通过锁紧螺钉安装螺纹孔后,与燕尾平台安装平面接触;所述导轨安装平面和导轨安装螺纹孔固定安装动子组件;所述位移调节器挡板设置在燕尾平台的后端部,与导轨安装平面垂直;所述燕尾平台滑行面与燕尾平台安装平面接触;燕尾斜面与燕尾平台限位平面接触;所述位移调节器凹槽与位移调节器接触。所述几何形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、本文档来自技高网
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正交双驱动式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法

【技术保护点】
1.一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:该正交双驱动式精密压电粘滑直线马达由斜梯形正交驱动组件(1)、动子组件(2)、底座(3)、位移调节器(4)、燕尾平台(5)和燕尾平台限位条(6)组成;其中,两个以压电叠堆为驱动源的斜梯形正交驱动组件(1)通过底座(3)前端部对应的螺纹孔并联固定在底座(3)上,动子组件(2)安装在燕尾平台(5)上,位移调节器(4)安装在底座(3)后端部,燕尾平台(5)安装在底座(3)上且限定在燕尾平台限位条(6)内,燕尾平台限位条(6)固定在底座(3)上;所述斜梯形正交驱动组件(1)包括垫片(1‑1)、固定螺栓(1‑2)、预紧螺钉(1‑3)、菱形垂直铰链(1‑4)和压电叠堆(1‑5);所述垫片(1‑1)和预紧螺钉(1‑3)将压电叠堆(1‑5)固定在菱形垂直铰链(1‑4)内;所述菱形垂直铰链(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;所述菱形垂直铰链(1‑4)两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ(1‑4‑1)和刚性连接梁Ⅱ(1‑4‑2),所述刚性连接梁Ⅰ(1‑4‑1)连接斜梯形运动转换梁(1‑4‑8)和几何形柔性铰链(1‑4‑6),所述刚性连接梁Ⅱ(1‑4‑2)连接同侧的两个几何形柔性铰链(1‑4‑6);所述菱形垂直铰链(1‑4)后端部设置有固定螺栓安装孔(1‑4‑3),通过固定螺栓(1‑2)与铰链安装螺纹孔(3‑8)的螺纹连接将菱形垂直铰链(1‑4)直接固定在底座(3)上;所述菱形垂直铰链(1‑4)尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔(1‑4‑4),预紧螺钉(1‑3)安装在预紧螺钉安装螺纹孔(1‑4‑4)内;所述菱形垂直铰链(1‑4)设置有垫片槽(1‑4‑5);所述菱形垂直铰链(1‑4)两侧设置有几何形柔性铰链(1‑4‑6);所述菱形垂直铰链(1‑4)前端部设置有半圆形驱动足(1‑4‑7);所述菱形垂直铰链(1‑4)设置有斜梯形运动转换梁(1‑4‑8)。...

【技术特征摘要】
1.一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:该正交双驱动式精密压电粘滑直线马达由斜梯形正交驱动组件(1)、动子组件(2)、底座(3)、位移调节器(4)、燕尾平台(5)和燕尾平台限位条(6)组成;其中,两个以压电叠堆为驱动源的斜梯形正交驱动组件(1)通过底座(3)前端部对应的螺纹孔并联固定在底座(3)上,动子组件(2)安装在燕尾平台(5)上,位移调节器(4)安装在底座(3)后端部,燕尾平台(5)安装在底座(3)上且限定在燕尾平台限位条(6)内,燕尾平台限位条(6)固定在底座(3)上;所述斜梯形正交驱动组件(1)包括垫片(1-1)、固定螺栓(1-2)、预紧螺钉(1-3)、菱形垂直铰链(1-4)和压电叠堆(1-5);所述垫片(1-1)和预紧螺钉(1-3)将压电叠堆(1-5)固定在菱形垂直铰链(1-4)内;所述菱形垂直铰链(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;所述菱形垂直铰链(1-4)两侧均设置有刚性连接梁Ⅰ(1-4-1)和刚性连接梁Ⅱ(1-4-2),所述刚性连接梁Ⅰ(1-4-1)连接斜梯形运动转换梁(1-4-8)和几何形柔性铰链(1-4-6),所述刚性连接梁Ⅱ(1-4-2)连接同侧的两个几何形柔性铰链(1-4-6);所述菱形垂直铰链(1-4)后端部设置有固定螺栓安装孔(1-4-3),通过固定螺栓(1-2)与铰链安装螺纹孔(3-8)的螺纹连接将菱形垂直铰链(1-4)直接固定在底座(3)上;所述菱形垂直铰链(1-4)尾部设置有预紧螺钉安装螺纹孔(1-4-4),预紧螺钉(1-3)安装在预紧螺钉安装螺纹孔(1-4-4)内;所述菱形垂直铰链(1-4)设置有垫片槽(1-4-5);所述菱形垂直铰链(1-4)两侧设置有几何形柔性铰链(1-4-6);所述菱形垂直铰链(1-4)前端部设置有半圆形驱动足(1-4-7);所述菱形垂直铰链(1-4)设置有斜梯形运动转换梁(1-4-8)。2.根据权利要求1所述一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:所述动子组件(2)为双列交叉滚柱导轨,所述动子组件(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)分别与固定导轨(2-1)和活动导轨(2-3)接触;所述限位螺栓(2-4)用于活动导轨(2-3)的运动限位;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(5-4)的螺纹连接将固定导轨(2-1)固定在燕尾平台(5)的导轨安装平面(5-3)上。3.根据权利要求1所述一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:所述底座(3)包括燕尾平台限位条安装槽(3-1)、燕尾平台安装平面(3-2)、位移调节器安装螺纹孔(3-3)、垫块(3-4)、底座安装孔(3-5)、铰链限位凸台(3-6)、铰链安装平面(3-7)和铰链安装螺纹孔(3-8);所述燕尾平台限位条安装槽(3-1)与燕尾平台限位条凸台(6-1)间隙配合;所述燕尾平台安装平面(3-2)与燕尾平台滑行面(5-6)接触;所述位移调节器安装螺纹孔(3-3)安装位移调节器(4);所述垫块(3-4)可与其他外围装置进行接触;所述底座安装孔(3-5)可与其他外围装置进行固定安装;所述铰链限位凸台(3-6)限定菱形垂直铰链(1-4)的安装位置;所述铰链安装平面(3-7)和铰链安装螺纹孔(3-8)固定安装菱形垂直铰链(1-4)。4.根据权利要求1所述一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:所述位移调节器(4)包括调节螺杆(4-1)和解耦球头(4-2);所述调节螺杆(4-1)的外螺纹与位移调节器安装螺纹孔(3-3)的内螺纹进行螺纹连接配合;所述解耦球头(4-2)与位移调节器凹槽(5-8)接触。5.根据权利要求1所述一种正交双驱动式精密压电粘滑直线马达,其特征在于:所述燕尾平台(5)包括锁紧螺钉安装螺纹孔(5-1)、锁紧螺钉(5-2)、导轨安装平面(5-3)、导轨安装螺纹孔(5-4)、位移调节器挡板(5-...

【专利技术属性】
技术研发人员:程廷海柳虹亮唐晚静宁鹏陈昭旭房彦旭
申请(专利权)人:长春工业大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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