预紧力可调的压电促动器及其驱动模式自动切换方法技术

本发明专利技术涉及高精度定位驱动技术领域，公开了一种预紧力可调的压电促动器及其驱动模式自动切换方法。本发明专利技术的预紧力可调的压电促动器包括：基座、设置在基座上的主动钳位机构，分别设置在主动钳位机构上的第一剪、第二剪切压电陶瓷；与主动钳位机构固定连接，并且位于第一、第二剪切压电陶瓷下方的预紧力调节压电陶瓷；主动钳位机构固定连接的驱动机构，位于预紧力调节压电陶瓷的正上方的运动导轨，第一剪切压电陶瓷和/或第二剪切压电陶瓷在预紧力的作用下与运动导轨相互接触做剪切运动。以上结构能够控制预紧力调节压电陶瓷，将预紧力调节至合适范围区间，以适应促动器切换不同的驱动模式，从而使输出性能达到最优，最终实现高精度的精确定位。度的精确定位。度的精确定位。

【技术实现步骤摘要】
预紧力可调的压电促动器及其驱动模式自动切换方法


[0001]本专利技术涉及高精度定位驱动
，尤其涉及一种预紧力可调的压电促动器及其驱动模式自动切换方法。

技术介绍

[0002]压电促动器具有结构紧凑、体积小、重量轻、相应速度快、优良的力和输出保持能力等优点，在微纳米驱动领域具有重要的应用。压电促动器按照驱动模式可分为步进式(尺蠖式)、粘滑式(惯性式)和扫描式，传统压电促动器只能用其中一种驱动形式运动。
[0003]由于在微电子加工，超精密加工，半导体制造，航天航空科技等尖端领域中，传统的驱动装置已难以满足日益增长的加工精度的要求，科技人员都在努力寻求能够满足超精密加的新型促动器。而目前的促动器，从结构上虽然可以实现两种模式的运动，但其预紧力不可调节，而预紧力是发挥各种驱动模式最优性能的关键要素之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种预紧力可调的压电促动器及其驱动模式自动切换方法，旨在解决实现高精度的精确定位的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一方面提供一种预紧力可调的压电促动器，预紧力可调的压电促动器包括：基座以及设置在所述基座上的主动钳位机构、第一剪切压电陶瓷、第二剪切压电陶瓷、预紧力调节压电陶瓷、驱动机构以及运动导轨；
[0006]所述主动钳位机构固定设置在所述基座上，所述第一剪切压电陶瓷和所述第二剪切压电陶瓷分别设置在所述主动钳位机构上，并且呈对称分布；
[0007]所述预紧力调节压电陶瓷一端与所述主动钳位机构固定连接，所述预紧力调节压电陶瓷位于所述第一剪切压电陶瓷、所述第二剪切压电陶瓷的下方；
[0008]所述驱动机构与所述主动钳位机构固定连接，所述运动导轨位于所述预紧力调节压电陶瓷的正上方，所述第一剪切压电陶瓷和/或所述第二剪切压电陶瓷在预紧力的作用下与所述运动导轨相互接触做剪切运动。
[0009]可选的，所述驱动机构包括第一驱动压电陶瓷和第二驱动压电陶瓷，所述第一驱动压电陶瓷、所述第二驱动压电陶瓷分别设置在所述预紧力压电陶瓷的两侧；
[0010]所述第一驱动压电陶瓷或所述第二驱动压电陶瓷在预紧力的作用下进行伸缩；
[0011]或，所述第一驱动压电陶瓷和所述第二驱动压电陶瓷在所述预紧力的作用下保持不动。
[0012]可选的，所述主动钳位机构包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第一钳位脚和第二钳位脚，所述第一钳位脚与所述第二钳位呈对称分布，位于靠近所述预紧力调节压电陶瓷与所述主动钳位机构固定连接的一端；所述第一柔性铰链位于所述第一钳位脚远离第二钳位脚的一侧，所述第二柔性铰链位于所述第二钳位脚远离第一钳位脚的一侧；所述第一柔性铰链、所述第二柔性铰链用于提供所述预紧力。
[0013]可选的，所述预紧力可调的压电促动器还包括：电阻应变片、电阻式薄膜压力传感器、转接板、六轴力传感器、光栅位移传感器、安装板、摩擦面和垫板；
[0014]其中，所述转接板的下表面与所述运动导轨连接，所述转接板的上表面与所述六轴力传感器连接，所述六轴力传感器用于测量负载力；所述运动导轨远离所述第一剪切压电陶瓷、所述第二压电陶瓷的一侧与所述摩擦面固定连接。
[0015]可选的，所述安装板的下表面与所述主动钳位机构连接，所述安装板的上表面与所述光栅位移传感器连接。
[0016]可选的，所述电阻应变片包括第一电阻应变片和第二电阻应变片，所述第一电阻应变片与所述第一柔性铰链连接，所述第二电阻应变片与所述第二柔性铰链连接。
[0017]可选的，所述电阻式薄膜压力传感器包括第一电阻式薄膜压力传感器和第二电阻式薄膜压力传感器，所述第一电阻式薄膜压力传感器与所述第一钳位脚连接，所述第二电阻式薄膜压力传感器与所述第二钳位脚连接。
[0018]可选的，所述垫板与所述预紧力调节压电陶瓷远离所述第一剪切压电陶瓷、所述第二剪切压电陶瓷的一端连接。
[0019]本专利技术另一方面提供一种应用于上述压电促动器的驱动模式自动切换方法，所述驱动模式自动切换方法，包括：
[0020]采集目标物体的运动范围信息、目标物体的负载信息；
[0021]判断所述运动范围信息是否小于预设的运动范围值，若是，则选择粘滑模式，否则选择步进模式；
[0022]当进入粘滑模式时，判断所述目标物体的负载信息是否小于预设的第一负载值，若是，则选择第一驱动信号，否则进一步判断所述目标物体的负载信息是否小于预设的第二负载值，若是，则选择第二驱动信号，否则选择步进模式；
[0023]同时，当选择步进模式时，判断所述目标物体的负载信息是否小于预设的第三负载值，若是，则选择第三驱动信号，否则选择第四驱动信号；
[0024]基于所述第一驱动信号、所述第二驱动信号、所述第三驱动信号或所述第四驱动信号任一驱动信号执行后，获取所述目标物体的第一位移误差；
[0025]判断所述目标物体的第一位移误差是否小于预设的期望最大位移误差，若是，则操作结束，否则进入扫描模式；
[0026]基于扫描模式执行后，获取所述目标物体的第二位移误差；
[0027]判断所述目标物体的第二位移误差是否小于预设的期望最大位移误差，若是，则操作结束，否则重新进入扫描模式，循环直至第N位移误差小于预设的期望最大位于误差时，操作结束。
[0028]可选的，当确定选择所述粘滑模式、所述步进模式或所述扫描模式任一驱动模式后，基于采集的所述目标物体的负载信息，调整所述压电促动器的预紧力。
[0029]本专利技术提供的技术方案中，预紧力可调的压电促动器包括，基座、设置在基座上的主动钳位机构、第一剪切压电陶瓷、第二剪切压电陶瓷、预紧力调节压电陶瓷、驱动机构以及运动导轨。在预紧力的作用下，第一剪切压电陶瓷和/或第二剪切压电陶瓷与运动导轨相互接触做剪切运动，从而使促动器的驱动模式为步进模式、粘滑模式或扫描模式；通过控制预紧力调节压电陶瓷可对促动器的预紧力进行调节，将预紧力调节至合适范围区间，从而
适应促动器驱动模式在步进模式、粘滑模式和扫描模式三种驱动模式之间自动切换的需要，进而使促动器的输出性能最优化，实现高精度的精确定位。
附图说明
[0030]一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0031]图1为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的爆炸图；
[0033]图3为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的主动钳位机构图；
[0034]图4为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的运动导轨图；
[0035]图5为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的六轴力传感器图；
[0036]图6为本专利技术预紧力可调的压电促动器的一个实施例的光栅位移传感器图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预紧力可调的压电促动器，其特征在于，所述预紧力可调的压电促动器包括：基座以及设置在所述基座上的主动钳位机构、第一剪切压电陶瓷、第二剪切压电陶瓷、预紧力调节压电陶瓷、驱动机构以及运动导轨；所述主动钳位机构固定设置在所述基座上，所述第一剪切压电陶瓷和所述第二剪切压电陶瓷分别设置在所述主动钳位机构上，并且呈对称分布；所述预紧力调节压电陶瓷一端与所述主动钳位机构固定连接，所述预紧力调节压电陶瓷位于所述第一剪切压电陶瓷、所述第二剪切压电陶瓷的下方；所述驱动机构与所述主动钳位机构固定连接，所述运动导轨位于所述预紧力调节压电陶瓷的正上方，所述第一剪切压电陶瓷和/或所述第二剪切压电陶瓷在预紧力的作用下与所述运动导轨相互接触做剪切运动。2.根据权利要求1所述的预紧力可调的压电促动器，其特征在于，所述驱动机构包括第一驱动压电陶瓷和第二驱动压电陶瓷，所述第一驱动压电陶瓷、所述第二驱动压电陶瓷分别设置在所述预紧力压电陶瓷的两侧；所述第一驱动压电陶瓷或所述第二驱动压电陶瓷在预紧力的作用下进行伸缩；或，所述第一驱动压电陶瓷和所述第二驱动压电陶瓷在所述预紧力的作用下保持不动。3.根据权利要求1所述的预紧力可调的压电促动器，其特征在于，所述主动钳位机构包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第一钳位脚和第二钳位脚，所述第一钳位脚与所述第二钳位呈对称分布，位于靠近所述预紧力调节压电陶瓷与所述主动钳位机构固定连接的一端；所述第一柔性铰链位于所述第一钳位脚远离第二钳位脚的一侧，所述第二柔性铰链位于所述第二钳位脚远离第一钳位脚的一侧；所述第一柔性铰链、所述第二柔性铰链用于提供所述预紧力。4.根据权利要求1所述的预紧力可调的压电促动器，其特征在于，所述预紧力可调的压电促动器还包括：电阻应变片、电阻式薄膜压力传感器、转接板、六轴力传感器、光栅位移传感器、安装板、摩擦面和垫板；其中，所述转接板的下表面与所述运动导轨连接，所述转接板的上表面与所述六轴力传感器连接，所述六轴力传感器用于测量负载力；所述运动导轨远离所述第一剪切压电陶瓷、所述第二压电陶瓷的一侧与所述摩擦面固定连接。5.根据权利要求4所述的预紧力可调的压电促动器，其特征在于，所述安装板的下表面与所述主动钳位机构连接，所述安装板的上表面与所述光栅位移传感器连接。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：毕海，陈方鑫，姚弘，韦俊杰，刘吉夫，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：