一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法技术

一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法，以解决当前压电粘滑驱动器存在的位移回退问题严重，步效率低以及输出线性度较差等问题。本发明专利技术由端盖Ⅰ、端盖Ⅱ、定子组件、滑动组件、侧盖、预紧组件和底座组成。本发明专利技术的定子组件采用了仿生蛙腿协同工作的设计思想，在双锯齿波驱动电信号的作用下两个驱动足相互配合，协同工作，抑制位移回退运动的产生，解决了当前压电粘滑驱动器结构复杂，位移回退率大，步效率低等问题，并在特定电压下实现平顺驱动，同时该驱动平台可达到纳米级的定位精度、结构新颖、控制方便、输出线性度较好，在超精密加工、精密驱动以及光学系统等领域具有良好的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法


[0001]本专利技术涉及一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位


技术介绍

[0002]随着科技的发展，新型的高精度驱动与定位装置得到了迅速的发展。其中，压电驱动技术利用压电材料的逆压电效应，将电能转换为机械能，具有体积小、定位精度高、输出力大、性能稳定等优点，已经被广泛应用到超精密加工、精密驱动以及光学系统等领域。由于其具有良好的性能优势，压电驱动技术是近年来精密特种驱动
研究的热点之一。
[0003]当前基于压电驱动技术的精密压电驱动器主要包括直驱型压电驱动器、尺蠖型压电驱动器、粘滑型压电驱动器以及超声型压电驱动器。直动式压电驱动由于行程受限通常只有十几或几十微米，进而限制了其在微纳精密驱动
的应用。尺蠖型驱动器通常需要三个或者三个以上的驱动单元进行协同作动，其结构和控制较为复杂。超声型压电驱动器动子与定子间产热和磨损问题十分严重。而压电粘滑驱动器因具有结构简单紧凑、定位精度高、行程大和控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位
然而，当前的压电粘滑驱动器还存在位移回退问题严重，步效率低以及输出线性度较差等问题，大大限制了其应用范围。因此，设计一种可以完全消除位移回退、效率高、结构和控制简单的压电驱动器是十分有必要的。

技术实现思路

[0004]为了解决当前压电粘滑驱动器位移回退问题严重，步效率低以及输出线性度较差等问题，本专利技术公开了一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法。<br/>[0005]本专利技术所采用的技术方案是：所述一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台由端盖Ⅰ、端盖Ⅱ、定子组件、滑动组件、侧盖、预紧组件和底座组成；所述端盖Ⅰ固定安装在滑动组件上，所述端盖Ⅱ固定安装在侧盖上，所述定子组件与预紧组件连接并安装于底座上。
[0006]所述端盖Ⅰ设置有端盖安装孔Ⅰ和固定螺栓Ⅰ，所述固定螺栓Ⅰ穿过端盖安装孔Ⅰ与滑动组件螺纹连接。
[0007]所述端盖Ⅱ设置有端盖安装孔Ⅱ和固定螺栓Ⅱ，所述固定螺栓Ⅱ穿过端盖安装孔Ⅱ与侧盖螺纹连接。
[0008]所述定子组件包括仿生蛙腿柔性机构，压电堆叠Ⅰ，定子安装螺栓和压电堆叠Ⅱ，所述定子安装螺栓将定子组件固定安装于滑动组件上；所述仿生蛙腿柔性机构设置有仿生蛙腿驱动足Ⅰ，预紧螺孔Ⅰ，压电堆叠安装槽Ⅰ，定子安装通孔，压电堆叠安装槽Ⅱ，预紧螺孔Ⅱ和仿生蛙腿驱动足Ⅱ，所述仿生蛙腿驱动足Ⅰ和仿生蛙腿驱动足Ⅱ与滑动组件摩擦接触，所述预紧螺孔Ⅰ通过与螺栓配合，对压电堆叠Ⅰ施加预紧力，所述压电堆叠安装槽Ⅰ与压电堆
叠Ⅰ接触，所述定子安装通孔通过定子安装螺栓与滑动组件固定连接，所述压电堆叠安装槽Ⅱ与压电堆叠Ⅱ接触，所述预紧螺孔Ⅱ通过与螺栓配合，对压电堆叠Ⅱ施加预紧力。
[0009]所述滑动组件包括导轨安装螺栓，固定导轨，交叉滚子和滑动导轨，所述交叉滚子放置于固定导轨和滑动导轨之间，并与其滚动接触；所述固定导轨设置有固定导轨连接孔，所述导轨安装螺栓穿过固定导轨连接孔与底座螺纹连接；所述滑动导轨设置有滑动导轨连接孔和摩擦面，所述滑动导轨连接孔与固定螺栓Ⅰ螺纹连接，将端盖Ⅰ与滑动导轨固定连接，所述摩擦面与仿生蛙腿驱动足Ⅰ和仿生蛙腿驱动足Ⅱ摩擦接触。
[0010]所述侧盖设置有固定螺孔，安装沉头孔和螺纹加载器固定孔，所述固定螺孔固定螺栓Ⅱ螺纹连接，将端盖Ⅱ固定安装在侧盖上，所述安装沉头孔通过螺栓与底座连接。
[0011]所述预紧组件包括螺纹加载器，预紧滑块，预紧弹簧和限位杆，所述螺纹加载器外表面与螺纹加载器固定孔胶粘连接，所述螺纹加载器半圆端部与预紧滑块接触，用于预紧组件对滑动组件施加初始预紧力，所述限位杆与底座螺纹连接；所述预紧滑块设置有定子固定螺孔和限位孔，所述定子固定螺孔与定子安装螺栓螺纹连接，将定子组件固定安装在预紧组件上，所述限位孔与限位杆摩擦接触。
[0012]所述底座设置有固定导轨安装螺孔，燕尾槽，固定螺孔和限位螺纹孔，所述固定导轨安装螺孔与导轨安装螺栓螺纹连接，将固定导轨固定安装在底座上，所述燕尾槽与预紧组件滑动连接，所述固定螺孔与螺栓螺纹连接将侧盖固定安装在底座上，所述限位螺纹孔与限位杆螺纹连接。
[0013]所述驱动方法采用锯齿波电信号组，锯齿波电信号A通入压电堆叠Ⅰ，锯齿波电信号B通入压电堆叠Ⅱ，锯齿波电信号A和锯齿波电信号B频率，周期和对称性一致，锯齿波电信号A的电压幅值为V1，锯齿波电信号B的电压幅值为V2；当锯齿波电信号A和锯齿波电信号B处于缓慢上升阶段时，压电堆叠Ⅰ和压电堆叠Ⅱ缓慢伸长，仿生蛙腿柔性机构发生形变，仿生蛙腿驱动足Ⅰ延展，仿生蛙腿驱动足Ⅱ收缩，此时仿生蛙腿驱动足Ⅱ对滑动导轨的锁紧力逐渐降低，滑动导轨在仿生蛙腿驱动足Ⅰ的作用下向x轴负方向运动；当锯齿波电信号A和锯齿波电信号B处于快速下降阶段时，压电堆叠Ⅰ和压电堆叠Ⅱ快速收缩，仿生蛙腿柔性机构迅速恢复到初始形态，此时仿生蛙腿驱动足Ⅱ对滑动导轨的锁紧力逐渐增大，能够有效抑制仿生蛙腿驱动足Ⅰ由于收缩对滑动导轨产生的位移回退现象，实现平顺驱动，同时改变锯齿波电信号A和锯齿波电信号B的电压大小，可以有效调节仿生蛙腿驱动足Ⅰ和仿生蛙腿驱动足Ⅱ对滑动导轨作用力的大小。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术涉及的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台及其驱动方法，该压电驱动平台的定子采用了仿生蛙腿协同工作的设计思想，在双锯齿波驱动电信号的作用下两个驱动足相互配合，协同工作，抑制位移回退运动的产生，解决了当前压电粘滑驱动器结构复杂，位移回退率大，步效率低等问题，并在特定电压下实现平顺驱动，同时该驱动器可达到纳米级的定位精度、结构新颖、控制方便、输出线性度较好，在超精密加工、精密驱动以及光学系统等领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0015]图1所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的结构示意图；图2所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的端盖Ⅰ结构示意图；
图3所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的端盖Ⅱ结构示意图；图4所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的定子组件结构示意图；图5所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的仿生蛙腿柔性机构结构示意图；图6所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的滑动组件结构示意图；图7所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的固定导轨结构示意图；图8所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的滑动导轨结构示意图；图9所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的侧盖结构示意图；图10所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的预紧组件结构示意图；图11所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的预紧滑块结构示意图；图12所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的底座结构示意图；图13所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的驱动方法波形示意图；图14所示为本专利技术提出的仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台的仿生蛙腿柔性机构形变示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：该仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台由端盖Ⅰ（1）、端盖Ⅱ（2）、定子组件（3）、滑动组件（4）、侧盖（5）、预紧组件（6）和底座（7）组成；所述端盖Ⅰ（1）固定安装在滑动组件（4）上，所述端盖Ⅱ（2）固定安装在侧盖（5）上，所述定子组件（3）与预紧组件（6）连接并安装于底座（7）上。2.根据权利要求1所述的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：所述端盖Ⅰ（1）设置有端盖安装孔Ⅰ（1
‑
1）和固定螺栓Ⅰ（1
‑
2），所述固定螺栓Ⅰ（1
‑
2）穿过端盖安装孔Ⅰ（1
‑
1）与滑动组件（4）螺纹连接。3.根据权利要求1所述的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：所述端盖Ⅱ（2）设置有端盖安装孔Ⅱ（2
‑
1）和固定螺栓Ⅱ（2
‑
2），所述固定螺栓Ⅱ（2
‑
2）穿过端盖安装孔Ⅱ（2
‑
1）与侧盖（5）螺纹连接。4.根据权利要求1所述的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：所述定子组件（3）包括仿生蛙腿柔性机构（3
‑
1），压电堆叠Ⅰ（3
‑
2），定子安装螺栓（3
‑
3）和压电堆叠Ⅱ（3
‑
4），所述定子安装螺栓（3
‑
3）将定子组件（3）固定安装于滑动组件（4）上；所述仿生蛙腿柔性机构（3
‑
1）设置有仿生蛙腿驱动足Ⅰ（3
‑1‑
1），预紧螺孔Ⅰ（3
‑1‑
2），压电堆叠安装槽Ⅰ（3
‑1‑
3），定子安装通孔（3
‑1‑
4），压电堆叠安装槽Ⅱ（3
‑1‑
5），预紧螺孔Ⅱ（3
‑1‑
6）和仿生蛙腿驱动足Ⅱ（3
‑1‑
7），所述仿生蛙腿驱动足Ⅰ（3
‑1‑
1）和仿生蛙腿驱动足Ⅱ（3
‑1‑
7）与滑动组件（4）摩擦接触，所述预紧螺孔Ⅰ（3
‑1‑
2）通过与螺栓配合，对压电堆叠Ⅰ（3
‑
2）施加预紧力，所述压电堆叠安装槽Ⅰ（3
‑1‑
3）与压电堆叠Ⅰ（3
‑
2）接触，所述定子安装通孔（3
‑1‑
4）通过定子安装螺栓（3
‑
3）与滑动组件（4）固定连接，所述压电堆叠安装槽Ⅱ（3
‑1‑
5）与压电堆叠Ⅱ（3
‑
4）接触，所述预紧螺孔Ⅱ（3
‑1‑
6）通过与螺栓配合，对压电堆叠Ⅱ（3
‑
4）施加预紧力。5.根据权利要求1所述的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：所述滑动组件（4）包括导轨安装螺栓（4
‑
1），固定导轨（4
‑
2），交叉滚子（4
‑
3）和滑动导轨（4
‑
4），所述交叉滚子（4
‑
3）放置于固定导轨（4
‑
2）和滑动导轨（4
‑
4）之间，并与其滚动接触；所述固定导轨（4
‑
2）设置有固定导轨连接孔（4
‑2‑
1），所述导轨安装螺栓（4
‑
1）穿过固定导轨连接孔（4
‑2‑
1）与底座（7）螺纹连接；所述滑动导轨（4
‑
4）设置有滑动导轨连接孔（4
‑4‑
1）和摩擦面（4
‑4‑
2），所述滑动导轨连接孔（4
‑4‑
1）与固定螺栓Ⅰ（1
‑
2）螺纹连接，将端盖Ⅰ（1）与滑动导轨（4
‑
4）固定连接，所述摩擦面（4
‑4‑
2）与仿生蛙腿驱动足Ⅰ（3
‑1‑
1）和仿生蛙腿驱动足Ⅱ（3
‑1‑
7）摩擦接触。6.根据权利要求1所述的一种仿生蛙腿的耦合式压电驱动平台，其特征在于：所述侧盖（5）设置有固定螺孔（5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓晖，宁鹏，程廷海，冷百川，张晓伟，何思扬，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：