一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法，涉及微纳精密制造与控制技术领域，针对目前压电粘滑驱动器的输出位移中存在回退运动导致驱动效率低的问题，通过配置对称设置的两个摩擦头和两个驱动模块，协同驱动运动单元来抑制回退运动，并且摩擦头在抑制另一摩擦头回退运动后能驱动运动单元再次运动，产生双步进位移来提高驱动速度和效率。生双步进位移来提高驱动速度和效率。生双步进位移来提高驱动速度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法


[0001]本专利技术涉及微纳精密制造与控制
，具体涉及一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法。

技术介绍

[0002]压电驱动器是一种通过逆压电效应将电能转化为机械能的装置，目前已经广泛地应用于微纳定位、生物医疗和测量等诸多领域。压电驱动器主要包括超声、尺蠖和粘滑压电驱动器。其中，粘滑驱动器由于其结构和控制简单，被广泛应用于线性和旋转压电驱动器的设计中。基于粘滑运动原理，粘滑驱动器的驱动过程主要包括“粘滞”和“滑动”两个周期。
[0003]在压电粘滑驱动器的输出位移中，普遍存在回退运动，即压电粘滑驱动器的“滑动”周期。即输出位移先达到最大值，然后产生一定距离的向后运动。向后运动影响执行器的性能，特别是输出速度和效率。对向后运动的抑制以及增加单周期的有效位移，将会提高执行器的驱动速度和效率。针对粘滑驱动器存在的回退问题，现有技术中提出多种方法，但都普遍存在着效率低、定位精度受限以及发热和磨损问题，难以满足在有效抑制回退运动的需求，以及实现粘滑驱动器的高效、高速运动以及减少发热和磨损的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法，通过配置对称设置的两个摩擦头和两个驱动模块，协同驱动运动单元来抑制回退运动，并且摩擦头均能驱动运动单元进行运动，产生双步进位移来提高驱动速度和效率。
[0005]本专利技术的第一目的是提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置，采用以下方案：
>[0006]包括间隔布置的两个摩擦头，每个摩擦头分别通过桥式放大机构连接驱动模块，驱动模块能够产生驱动其对应摩擦头纵向运动和横向运动的纵向往复位移；所述两个摩擦头的横向运动方向相反，纵向位移方向相同；一个摩擦头接触运动单元并保持运动单元位置以抵消另一摩擦头的对运动单元的回退作用，使运动单元单向步进运动。桥式放大机构能够在驱动模块带动下输出纵向运动及寄生横向运动。
[0007]进一步地，所述两个摩擦头沿运动单元运动方向上间隔布置，摩擦头对称安装在支架两侧。
[0008]进一步地，所述桥式放大机构包括分别布置在驱动模块两侧的柔性铰链，在驱动模块的纵向位移作用下，位于驱动模块两侧的柔性铰链发生弯曲，并带动摩擦头产生纵向运动和横向运动。
[0009]进一步地，所述驱动模块由压电陶瓷驱动，驱动模块输出端作用于桥式放大机构；驱动模块纵向正向位移和纵向反向位移时，所驱动摩擦头的运动方向相反。
[0010]进一步地，所述桥式放大机构上安装有预紧机构，用于调节驱动模块与桥式放大机构之间的预紧力。
[0011]进一步地，所述桥式放大结构、驱动模块和摩擦头共同形成驱动单元，运动单元和驱动单元分别安装在底座上，底座上设有使驱动单元靠近或远离运动单元的调节机构。
[0012]进一步地，所述调节机构包括调节杆和调节座，驱动单元通过调节座安装于底座，调节杆连接驱动单元和底座，带动驱动单元沿调节座移动。
[0013]进一步地，所述运动单元包括导轨和滑动安装于导轨的滑块，摩擦头抵接于滑块侧面。
[0014]本专利技术的第二目的是提供一种利用如第一目的所述协同驱动的双步进粘滑驱动装置的工作方法，包括：
[0015]第一摩擦头对应的第一驱动模块通电，第一摩擦头产生纵向运动和横向运动，挤压运动单元并驱动运动单元向第一方向运动，产生有效位移x1；
[0016]第一驱动模块断电前，第二摩擦头对应的第二驱动模块通电，第二摩擦头产生纵向运动和反向横向运动，由于第一摩擦头的钳位作用，运动单元不运动；
[0017]第一驱动模块断电，第一摩擦头产生反向纵向运动和反向横向运动，由于第二摩擦头的钳位作用，运动单元不运动；
[0018]第二驱动模块断电，第二摩擦头产生反向纵向运动和横向运动，驱动运动单元向第一方向运动，产生有效位移x2，单个周期产生的总位移为x
a
＝x1+x2。
[0019]进一步地，调换第一驱动模块和第二驱动模块的通电时序，使运动单元向第二方向运动，第一方向与第二方向共线反向。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0021](1)针对目前压电粘滑驱动器的输出位移中存在回退运动导致驱动效率低的问题，通过配置对称设置的两个摩擦头和两个驱动模块，协同驱动运动单元来抑制回退运动，并且摩擦头在抑制另一摩擦头回退运动后能驱动运动单元再次运动，产生双步进位移来提高驱动速度和效率。
[0022](2)采用桥式放大机构的寄生运动作为驱动，采用双压电陶瓷协同驱动的方式，当第一摩擦头在驱动模块作用下的运动方向作为主运动方向时，利用第二摩擦头作为钳位抑制第一摩擦头的回退运动，并将第二摩擦头的回退位移作为有效位移的一部分，实现双步进位移以提高驱动速度和驱动效率。
[0023](3)采用对称布置的两组摩擦头及对应驱动模块，提高正向和反向运动的一致性，并能够通过调换驱动模块的通电时序，实现运动方向的改变。
[0024](4)控制驱动模块的通电时电压上升速度和断电时电压的下降速度，使摩擦头快速进入钳位状态或脱离钳位状态，降低双步进之间的间隔时间，并在驱动运动单元移动时使电压稳定上升，实现对运动单元的平稳驱动。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为本专利技术实施例1和2中协同驱动的双步进粘滑驱动装置的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例1和2中桥式放大机构的示意图。
[0028]图3为本专利技术实施例1和2中调节机构的结构示意图。
[0029]图4为本专利技术实施例1和2中运动单元的结构示意图。
[0030]图5为本专利技术实施例1和2中底座的结构示意图。
[0031]图6为本专利技术实施例1和2中摩擦头对运动单元驱动过程的示意图。
[0032]图7为本专利技术实施例1和2中压电陶瓷驱动时序的示意图。
[0033]图8为本专利技术实施例1和2中存在回退运动的粘滑驱动器输出位移示意图。
[0034]图9为本专利技术实施例1和2中主动抑制回退运动后的粘滑驱动器输出位移示意图。
[0035]其中，1、驱动单元；101、摩擦头；102、第一螺纹孔；103、接触面；104、柔性铰链；105、第二螺纹孔；2、左压电陶瓷；3、运动单元；4、底座；401、第三螺纹孔；402、第四螺纹孔；5、微调机构；6、右压电陶瓷。
具体实施方式
[0036]实施例1
[0037]本专利技术的一个典型实施例中，如图1
‑
图9所示，给出一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置。
[0038]粘滑驱动器的驱动过程主要包括“粘滞”和“滑动”两个周期。在压电粘滑驱动器的输出位移中，普遍存在回退运动，即压电粘滑驱动器的“滑动”周期。即输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，包括间隔布置的两个摩擦头，每个摩擦头分别通过桥式放大机构连接驱动模块，驱动模块能够产生驱动其对应摩擦头纵向运动和横向运动的纵向往复位移；所述两个摩擦头的横向运动方向相反，纵向位移方向相同；一个摩擦头接触运动单元并保持运动单元位置以抵消另一摩擦头的对运动单元的回退作用，使运动单元单向步进运动。2.如权利要求1所述的协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，所述两个摩擦头沿运动单元运动方向上间隔布置，摩擦头对称安装在支架两侧。3.如权利要求1所述的协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，所述桥式放大机构包括分别布置在驱动模块两侧的柔性铰链，在驱动模块的纵向位移作用下，位于驱动模块两侧的柔性铰链发生弯曲，并带动摩擦头产生纵向运动和横向运动。4.如权利要求3所述的协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，所述驱动模块由压电陶瓷驱动，驱动模块输出端作用于桥式放大机构；驱动模块纵向正向位移和纵向反向位移时，所驱动摩擦头的运动方向相反。5.如权利要求3所述的协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，所述桥式放大机构上安装有预紧机构，用于调节驱动模块与桥式放大机构之间的预紧力。6.如权利要求1所述的协同驱动的双步进粘滑驱动装置，其特征在于，所述桥式放大结构、驱动模块和摩擦头共同形成驱动单元，运动单元和驱动单元分别安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏，谢可才，蒋雨龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：