一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置及其控制方法制造方法及图纸

一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置及其控制方法，旨在解决已有压电粘滑驱动装置定位精度低、输出响应差等技术问题。本发明专利技术由平台基座单元、驱动单元、导轨单元和上盖组成；驱动单元安装在平台基座单元上，导轨单元安装在平台基座单元上，上盖安装在导轨单元上且与驱动单元接触。本发明专利技术采用单臂驱动型双向定子，可实现对压电粘滑驱动装置驱动过程的摩擦力的综合调控，并且端部梁两端设置有直梁柔性铰链，以增强驱动单元响应速度；在双激励电信号组激励下，减少了驱动单元驱动时对上盖运动的干涉影响，减小位移回退，进而提高驱动装置的双向机械输出性能，可被广泛应用于微纳精密驱动与定位技术领域。

A kind of precise piezoelectric stick slip driving device and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置及其控制方法
本专利技术涉及一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置及其控制方法，属于微纳精密驱动与定位

技术介绍
压电驱动技术是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的新型驱动技术，压电驱动装置正是采用上述原理进行驱动的，目前绝大多数的精密定位和微纳操作都是通过压电驱动装置实现。因压电驱动装置输出精度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强等方面的显著优势，已经发展成为高精密定位以及材料微纳米力学性能测试的主流技术之一。压电粘滑驱动装置因具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大、无电磁干扰等优点被广泛应用。但是随着其应用领域的逐渐加大，对压电粘滑驱动装置的双向输出需求逐渐增加，但是由于结构的限制，目前压电粘滑驱动装置很难实现双向运动，即使极少数的压电粘滑驱动装置可实现双向运动，但也存在结构尺寸较大、结构干涉造成正反向输出性能较差等缺点，进一步制约了压电粘滑驱动装置发展。因此，设计一种定位精度高、输出响应好的微纳米级压电粘滑驱动装置是十分有必要的。
技术实现思路
为解决已有压电粘滑驱动装置输出响应差、定位精度低等技术问题，本专利技术公开了一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置及其控制方法。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联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，该联动可调控式精密压电粘滑驱动装置由平台基座单元、驱动单元、导轨单元和上盖组成；其中，所述驱动单元安装在平台基座单元上，所述导轨单元安装在平台基座单元上且位于驱动单元上方，所述上盖安装在导轨单元上且与驱动单元接触。所述平台基座单元包括基座底板、基座侧板和侧板固定螺钉；所述两个基座侧板通过侧板固定螺钉对称安装在基座底板两侧。所述基座底板包括底板上表面、驱动单元固定螺纹孔、底板侧面矩形槽、底板侧表面和底板侧面螺纹孔；所述底板上表面上置有驱动单元，所述驱动单元固定螺纹孔与驱动单元的定子定位螺钉螺纹连接；所述底板侧面矩形槽内置有基座侧板，所述底板侧表面与基座侧板的侧板限位面Ⅱ接触，所述底板侧面螺纹孔与侧板固定螺钉螺纹连接。所述基座侧板包括侧板定位凸台、侧板限位面Ⅰ、侧板限位孔Ⅰ、侧板限位面Ⅱ和侧板限位孔Ⅱ；所述侧板定位凸台安装在底板侧面矩形槽内；所述侧板限位面Ⅰ上置有驱动单元，所述侧板纹螺孔Ⅰ与导轨单元的定子保持架定位螺钉螺纹连接；所述侧板限位面Ⅱ与底板侧表面接触，所述侧板限位孔Ⅱ内穿过侧板固定螺钉。所述驱动单元包括单臂驱动型双向定子、预紧力调节螺钉Ⅰ、垫片Ⅰ、锁紧力调节螺钉Ⅰ、定子定位螺钉、压电堆叠Ⅰ、预紧力调节螺钉Ⅱ、垫片Ⅱ、压电堆叠Ⅱ和锁紧力调节螺钉Ⅱ；所述预紧力调节螺钉Ⅰ与垫片Ⅰ接触，所述垫片Ⅰ与压电堆叠Ⅰ接触，调节预紧力调节螺钉Ⅰ，将垫片Ⅰ和压电堆叠Ⅰ紧固在单臂驱动型双向定子内；所述预紧力调节螺钉Ⅱ与垫片Ⅱ接触，所述垫片Ⅱ与压电堆叠Ⅱ接触，调节预紧力调节螺钉Ⅱ，将垫片Ⅱ和压电堆叠Ⅱ紧固在单臂驱动型双向定子内；所述锁紧力调节螺钉Ⅰ和预紧力调节螺钉Ⅱ安装在单臂驱动型双向定子两侧；所述定子定位螺钉与驱动单元固定螺纹孔螺纹连接。所述单臂驱动型双向定子为中心对称结构，所述单臂驱动型双向定子可采用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；所述单臂驱动型双向定子包括预紧螺纹孔Ⅰ、铰链基座Ⅰ、夹钳座Ⅰ、让位槽Ⅰ、弹性梁Ⅰ、锁紧螺纹孔Ⅰ、安装块Ⅰ、定子定位孔、上直梁型柔性铰链Ⅰ、端部梁Ⅰ、上直梁柔性铰链Ⅱ、预紧螺纹孔Ⅱ、弹性梁Ⅱ、弹性梁Ⅱ、锁紧螺纹孔Ⅱ、让位槽Ⅱ、夹钳座Ⅱ、安装块Ⅱ、下直梁型柔性铰链Ⅰ、端部梁Ⅱ、下直梁柔性铰链Ⅱ、右连接梁Ⅰ、直圆柔性铰链Ⅰ、右连接梁Ⅱ、横梁Ⅰ、驱动球头Ⅰ、右连接梁Ⅲ、横梁Ⅱ、右连接梁Ⅳ、左连接梁Ⅰ、横梁Ⅲ、左连接梁Ⅱ、驱动球头Ⅱ、横梁Ⅳ、左连接梁Ⅲ、直圆柔性铰链Ⅱ和左连接梁Ⅳ。所述端部梁Ⅰ两端设置有上直梁柔性铰链Ⅰ和上直梁柔性铰链Ⅱ，其中上直梁柔性铰链Ⅰ与安装块Ⅰ连接，上直梁柔性铰链Ⅱ与铰链基座Ⅱ连接；所述端部梁Ⅱ两端设置有下直梁柔性铰链Ⅰ和下直梁柔性铰链Ⅱ，其中下直梁柔性铰链Ⅰ与安装块Ⅱ连接，下直梁柔性铰链Ⅱ与铰链基座Ⅰ连接；所述右连接梁Ⅰ两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ，并且两端分别与横梁Ⅱ和铰链基座Ⅰ连接；所述右连接梁Ⅱ两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ，并且两端分别与横梁Ⅰ和铰链基座Ⅰ连接；所述右连接梁Ⅲ两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ，并且两端分别与横梁Ⅰ和端部梁Ⅰ连接；所述右连接梁Ⅳ两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ，并且两端分别与横梁Ⅱ和端部梁Ⅰ连接；所述横梁Ⅰ侧面有夹钳座Ⅰ；所述左连接梁Ⅰ两端设置有直圆柔性铰链Ⅱ，并且两端分别与横梁Ⅲ和铰链基座Ⅱ连接；所述左连接梁Ⅱ两端设置有直圆柔性铰链Ⅱ，并且两端分别与横梁Ⅳ和铰链基座Ⅱ连接；所述左连接梁Ⅲ两端设置有直圆柔性铰链Ⅱ，并且两端分别与横梁Ⅳ和端部梁Ⅱ连接；所述左连接梁Ⅳ两端设置有直圆柔性铰链Ⅱ，并且两端分别与横梁Ⅲ和端部梁Ⅱ连接；所述夹钳座Ⅱ与横梁Ⅳ连接；所述铰链基座Ⅰ侧面设置有预紧螺纹孔Ⅰ，所述预紧螺纹孔Ⅰ与预紧力调节螺钉Ⅰ螺纹连接；所述铰链基座Ⅱ侧面设置有预紧螺纹孔Ⅱ，所述预紧螺纹孔Ⅱ与预紧力调节螺钉Ⅱ螺纹连接；所述铰链基座Ⅰ、铰链基座Ⅱ、安装块Ⅰ和安装块Ⅱ上均设置有定子定位孔，所述定子定位孔内穿过定子定位螺钉，通过定子定位螺钉与驱动单元固定螺纹孔螺纹连接将驱动单元固定安装在平台基座单元上；所述夹钳座Ⅰ侧面设置有锁紧螺纹孔Ⅰ，其中部设置有让位槽Ⅰ，其上端设置有弹性梁Ⅰ，所述锁紧螺纹孔Ⅰ与锁紧力调节螺钉Ⅰ螺纹连接；所述夹钳座Ⅱ侧面设置有锁紧螺纹孔Ⅱ，其中部设置有让位槽Ⅱ，其上端设置有弹性梁Ⅱ，所述锁紧螺纹孔Ⅱ与锁紧力调节螺钉Ⅱ螺纹连接；所述弹性梁Ⅰ前端设置有驱动球头Ⅰ，所述弹性梁Ⅱ前端设置有驱动球头Ⅱ，所述驱动球头Ⅰ和驱动球头Ⅱ与上盖接触。所述导轨单元包括导轨保持架、导轨保持架定位螺钉、滚柱支架、固定导轨定位螺钉、滑动导轨和固定导轨；所述导轨保持架定位螺钉与侧板螺纹孔Ⅰ螺纹连接，将导轨保持架固定安装在基座侧板上；所述滚柱支架放置于滑动导轨和固定导轨之间，所述固定导轨通过固定导轨定位螺钉固定安装在导轨保持架上。所述导轨保持架包括保持架定位孔、保持架横梁、固定导轨定位螺纹孔和保持架底面；所述保持架定位孔内穿过导轨保持架定位螺钉；所述保持架横梁位于导轨保持架中线上；所述固定导轨定位螺纹孔与固定导轨定位螺钉螺纹连接；所述保持架底面与侧板限位面Ⅰ接触。所述滑动导轨设有两个滑动导轨螺纹孔，所述滑动导轨螺纹孔与上盖的导轨定位螺钉螺纹连接。所述固定导轨设有两个固定导轨沉头孔，所述固定导轨沉头孔内穿过固定导轨定位螺钉。所述上盖包括上盖板和滑动导轨定位螺钉；所述上盖板通过滑动导轨定位螺钉与滑动导轨固定连接。所述上盖板包括上盖侧板、导轨定位沉头孔、滑动导轨定位台和上盖板凹槽；所述两侧的上盖侧板分别与驱动球头Ⅰ和驱动球头Ⅱ接触；所述导轨定位沉头孔内穿过滑动导轨定位螺钉，使滑动导轨定位螺钉与滑动导轨螺纹孔螺纹连接；所述滑动导轨定位台固定安装滑动导轨；所述上盖板凹槽让位固定导轨。...

【技术保护点】
1.一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，该联动可调控式精密压电粘滑驱动装置主要由平台基座单元（1）、驱动单元（2）、导轨单元（3）和上盖（4）组成；其中，所述驱动单元（2）安装在平台基座单元（1）上，所述导轨单元（3）安装在平台基座单元（1）上且位于驱动单元（2）上方，所述上盖（4）安装在导轨单元（3）上且与驱动单元（2）接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，该联动可调控式精密压电粘滑驱动装置主要由平台基座单元（1）、驱动单元（2）、导轨单元（3）和上盖（4）组成；其中，所述驱动单元（2）安装在平台基座单元（1）上，所述导轨单元（3）安装在平台基座单元（1）上且位于驱动单元（2）上方，所述上盖（4）安装在导轨单元（3）上且与驱动单元（2）接触。


2.根据权利要求1所述一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，所述平台基座单元（1）包括基座底板（1-1）、基座侧板（1-2）和侧板固定螺钉（1-3）；所述两个基座侧板（1-2）通过侧板固定螺钉（1-3）对称安装在基座底板（1-1）两侧；所述基座底板（1-1）包括底板上表面（1-1-1）、驱动单元固定螺纹孔（1-1-2）、底板侧面矩形槽（1-1-3）、底板侧表面（1-1-4）和底板侧面螺纹孔（1-1-5）；所述底板上表面（1-1-1）上置有驱动单元（2），所述驱动单元固定螺纹孔（1-1-2）与驱动单元（2）的定子定位螺钉（2-4）螺纹连接；所述底板侧面矩形槽（1-1-3）内置有基座侧板（1-2），所述底板侧表面（1-1-4）与基座侧板（1-2）的侧板限位面Ⅱ（1-2-4）接触，所述底板侧面螺纹孔（1-1-5）与侧板固定螺钉（1-3）螺纹连接；所述基座侧板（1-2）包括侧板定位凸台（1-2-1）、侧板限位面Ⅰ（1-2-2）、侧板限位孔Ⅰ（1-2-3）、侧板限位面Ⅱ（1-2-4）和侧板限位孔Ⅱ（1-2-5）；所述侧板定位凸台（1-2-1）安装在底板侧面矩形槽（1-1-3）内；所述侧板限位面Ⅰ（1-2-2）上置有导轨单元（3），所述侧板纹螺孔Ⅰ（1-2-3）与导轨单元（3）的定子保持架定位螺钉（3-2）螺纹连接；所述侧板限位面Ⅱ（1-2-4）与底板侧表面（1-1-4）接触，所述侧板限位孔Ⅱ（1-2-5）内穿过侧板固定螺钉（1-3）。


3.根据权利要求1所述一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，所述驱动单元（2）包括单臂驱动型双向定子（2-1）、预紧力调节螺钉Ⅰ（2-2）、垫片Ⅰ（2-3）、锁紧力调节螺钉Ⅰ（2-4）、定子定位螺钉（2-5）、压电堆叠Ⅰ（2-6）、预紧力调节螺钉Ⅱ（2-7）、垫片Ⅱ（2-8）、压电堆叠Ⅱ（2-9）和锁紧力调节螺钉Ⅱ（2-10）；所述预紧力调节螺钉Ⅰ（2-2）与垫片Ⅰ（2-3）接触，所述垫片Ⅰ（2-3）与压电堆叠Ⅰ（2-6）接触，调节预紧力调节螺钉Ⅰ（2-2），将垫片Ⅰ（2-3）和压电堆叠Ⅰ（2-6）紧固在单臂驱动型双向定子（2-1）内；所述预紧力调节螺钉Ⅱ（2-7）与垫片Ⅱ（2-8）接触，所述垫片Ⅱ（2-8）与压电堆叠Ⅱ（2-9）接触，调节预紧力调节螺钉Ⅱ（2-7），将垫片Ⅱ（2-8）和压电堆叠Ⅱ（2-9）紧固在单臂驱动型双向定子（2-1）内；所述锁紧力调节螺钉Ⅰ（2-4）和预紧力调节螺钉Ⅱ（2-7）安装在单臂驱动型双向定子（2-1）两侧；所述定子定位螺钉（2-5）与驱动单元固定螺纹孔（1-1-2）螺纹连接。


4.根据权利要求3所述一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，所述单臂驱动型双向定子（2-1）为中心对称结构，所述单臂驱动型双向定子（2-1）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；所述单臂驱动型双向定子（2-1）包括预紧螺纹孔Ⅰ（2-1-1）、铰链基座Ⅰ（2-1-2）、夹钳座Ⅰ（2-1-3）、让位槽Ⅰ（2-1-4）、弹性梁Ⅰ（2-1-5）、锁紧螺纹孔Ⅰ（2-1-6）、安装块Ⅰ（2-1-7）、定子定位孔（2-1-8）、上直梁型柔性铰链Ⅰ（2-1-9）、端部梁Ⅰ（2-1-10）、上直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-11）、预紧螺纹孔Ⅱ（2-1-12）、铰链基座Ⅱ（2-1-13）、弹性梁Ⅱ（2-1-14）、锁紧螺纹孔Ⅱ（2-1-15）、让位槽Ⅱ（2-1-16）、夹钳座Ⅱ（2-1-17）、安装块Ⅱ（2-1-18）、下直梁型柔性铰链Ⅰ（2-1-19）、端部梁Ⅱ（2-1-20）、下直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-21）、右连接梁Ⅰ（2-1-22）、直圆柔性铰链Ⅰ（2-1-23）、右连接梁Ⅱ（2-1-24）、横梁Ⅰ（2-1-25）、驱动球头Ⅰ（2-1-26）、右连接梁Ⅲ（2-1-27）、横梁Ⅱ（2-1-28）、右连接梁Ⅳ（2-1-29）、左连接梁Ⅰ（2-1-30）、横梁Ⅲ（2-1-31）、左连接梁Ⅱ（2-1-32）、驱动球头Ⅱ（2-1-33）、横梁Ⅳ（2-1-34）、左连接梁Ⅲ（2-1-35）、直圆柔性铰链Ⅱ（2-1-36）和左连接梁Ⅳ（2-1-37）。


5.根据权利要求4所述一种联动可调控式精密压电粘滑驱动装置，其特征在于，所述端部梁Ⅰ（2-1-10）两端设置有上直梁柔性铰链Ⅰ（2-1-9）和上直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-11），其中上直梁柔性铰链Ⅰ（2-1-9）与安装块Ⅰ（2-1-7）连接，上直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-11）与铰链基座Ⅱ（2-1-13）连接；所述端部梁Ⅱ（2-1-20）两端设置有下直梁柔性铰链Ⅰ（2-1-19）和下直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-21），其中下直梁柔性铰链Ⅰ（2-1-19）与安装块Ⅱ（2-1-18）连接，下直梁柔性铰链Ⅱ（2-1-21）与铰链基座Ⅰ（2-1-2）连接；所述右连接梁Ⅰ（2-1-22）两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ（2-1-23），并且两端分别与横梁Ⅱ（2-1-28）和铰链基座Ⅰ（2-1-2）连接；所述右连接梁Ⅱ（2-1-24）两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ（2-1-23），并且两端分别与横梁Ⅰ（2-1-25）和铰链基座Ⅰ（2-1-2）连接；所述右连接梁Ⅲ（2-1-27）两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ（2-1-23），并且两端分别与横梁Ⅰ（2-1-25）和端部梁Ⅰ（2-1-10）连接；所述右连接梁Ⅳ（2-1-29）两端设置有直圆柔性铰链Ⅰ（2-1-23），并...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓晖，徐毓鸿，乔广达，李泽霖，程廷海，于洋，张晓松，王健龙，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22