基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机制造技术

一种基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机，其特征是定子组件连接支座组件并通过驱动齿与动子组件配合，动子组件与支座组件形成高副联接。定子的主体为矩形板，板上设置驱动齿。电机选取矩形板Ｘ向的Ｂ０，５、Ｂ０，８和Ｙ向Ｂ５，０和Ｂ８，０为工作模态，通过激发这些模态驱使驱齿上质点分别沿Ｘ向、Ｙ向作椭圆运动。本实用新型专利技术的技术效果是：１、用单个平板定子同时实现两个直线自由度直接驱动，避免了传统ＸＹ移动装置的运动传递误差，使电机具有快速精密定位性；２、采用薄板式定子便于电机薄型化、轻量化；３、运动灵活、双功能、大推力，性能更趋稳定。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种利用矩形板多个弯曲振动模态驱动的两直线自由度超声电机，尤其涉及一种基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机。
技术介绍
超声电机分为单自由度式和多(含两)自由度式两大类。迄今，单自由度超声电机技术已取得了长足进步，其中有些已进行批量生产并得到成功的应用。但在某些场合，如精密XY工作台驱动、全方位仿生机器人关节驱动等应用场合，人们需要提供两个和两个以上自由度运动和动力，此时，单自由度电机就显得无能为力。在这种背景下，上世纪90年代未，多自由度超声电机应运而生并逐渐进入超声研究者的视线。在2007年，国内超声电机技术首席科学家赵淳生院士在其经典的《超声电机技术及应用》中对多自由度超声电机的技术现状与发展进行了系统分析和总结。从该作可以看出，国内外已推出的为数不多的多自由度超声电机几乎都属多旋转自由度式，多直线自由度超声电机研究成果几近空白。只是进入2008年之后，苏州职业大学的李志荣教授推出过一种利用杆式定子驱动的两直线自由度超声电机。从李教授的论文中不难看出，目前该电机的性能尚不理想。尽管目前两直线自由度超声电机研究进展缓慢，但是这类电机因能作平面运动、响应快、精密定位，而在集成半导体制造、精密加工等
内有着特殊重要的应用前景，在精密驱动、机器人等高新
中可发挥出其他电机难以替代重要的作用。正因如此，本技术提出了一种用弹性矩形薄板的多个弯振模态推动电机动子做平面运动的两直线自由度超声电机。迄今，在国内外还未见与本技术具有类似原理和结构的其他超声电机。
技术实现思路
本技术的目的在于提供了一种基于矩形板弯曲振动模态驱动的两直线自由度超声电机。该电机具有运动灵活、运动精度高、响应快和动力密度大等优点，在精密定位、伺服控制等应用中存在的明显优势，该电机具有亚微米级(甚至更高)位置分辨率、毫秒级响应速度、有较大速度并能马产生较大推力，应用范围广。 本技术是这样实现的，它包括定子组件、动子组件、支座组件和预紧加压组件，其特征是预紧加压组件连接支座组件，支座组件上连接定子组件，定子组件与动子组件配合连接。定子组件通过柔性铰支座固定在支座组件上，动子组件通过滚珠与支座组件构成高副连接，预紧加压组件压紧在定子组件上。 所述定子组件由矩形板、压电陶瓷、X向驱动齿、Y向驱动齿组成，其特征是矩形板的正、反两面分别连有两层压电陶瓷，压电陶瓷上分别对称连有四个X向驱动齿和四个Y向驱动齿，X向驱动齿和四个Y向驱动齿的顶面分别涂敷增摩减磨材料。 所述的动子组件由滑板、滚动体、盖板组成，其特征是盖板固定连接滑板，滑板上开有若干个阶梯孔，阶梯孔内有滚动体。 所述的支座组件由上安装盖、下安装座、柔性支座组成，其特征是上安装盖连接下3安装座，下安装座连有若干个柔性支座，下安装座上钻有若干个安装孔。 所述的预紧加压组件由碟形弹簧和加压调整螺钉组成，其特征是调整螺钉连接调 节碟形弹簧。 所述的压电陶瓷，其特征是压电陶瓷由多个压电晶片组成，各压电晶片之间在矩 形板的X向和Y向均留有间隙，矩形板正面和背面上的两层压电陶瓷中的各压电晶片的极 化方向相同。 本技术的技术效果是1、采用单个平板定子同时实现两个方向直线自由度运 动直接驱动，避免了传统XY移动装置中的变换运动机构所带来的传递误差，使电机具有快 速精密(亚微米级甚至更高精度)定位性，同时也简化了电机结构、减小了电机尺寸；2、运 动灵活、双功能，能产生较大推力，工作性能更趋稳定，运动阻力小。3、采用平面薄板式定子 结构，有利于平面运动电机薄型化和轻量化；附图说明图1为本技术的结构示意图。 图2为为本技术定子组件的结构示意图。 图3为本技术动子组件的结构示意图。 图4为本技术支座组件的结构示意图。 图5为本技术驱动的的配置示意图。 图6为本技术动子组件驱动原理图。具体实施方式如图1所示，本技术是这样来实现的，它包括定子组件1、动子组件2、支座组 件3和预紧加压组件4，其特征是预紧加压组件4连接支座组件3，支座组件3上连接定子 组件1，定子组件1与动子组件2配合连接； 如图2所示，所述定子组件由矩形板5、压电陶瓷6、X向驱动齿7、 Y向个驱动齿8 组成，其特征是矩形板5的正、反两面分别连有两层压电陶瓷6，压电陶瓷6上分别对称连有 四个X向驱动齿7和四个Y向个驱动齿8，X向驱动齿7和Y向个驱动齿8的顶面分别涂敷 增摩减磨材料9 ;所述的压电陶瓷6，特征是它由多个压电晶片组成，各压电晶片之间在定 子板5的X向和Y向上均留有间隙，定子矩形板5正面和背面上的两层压电陶瓷中的各压 电晶片的极化方向相同； 如图3所示，所述的动子组件由滑板10、滚动体11、盖板12和螺钉13组成，其特 征是盖板12与滑板10固定地连接在一起，滑板10上开有若干个阶梯孔，阶梯孔内装有滚 动体11 ; 如图4所示，所述的支座组件由上安装盖14、下安装座15、柔性铰支座16和螺钉 17组成。上安装盖14连接下安装座15，下安装座15上钻有若干个安装孔；所述的预紧加 压组件，它包括碟形弹簧18和加压调整螺钉19，其特征是旋转调整螺钉19连接调节碟形弹 簧18。 两直线自由度超声电机通过定子组件1的做超声机械振动推动动子作XY平面运 动。为了有效地激发定子组件1的弯曲工作模态的振动，需在定子矩形板5的正面和背面粘贴高性能的压电陶瓷6，并需在这些压电陶瓷6上施加高频谐波激励功率信号，使压电陶 瓷6产生逆压电效应，从而引起矩形板5机械振动。为了激发出矩形板5在X方向上的B。, 5 模态，粘贴于定子矩形板5正面外层的压电陶瓷6需进行极化处理和供电配置；为了激发定 子的X方向上的B。,8模态，贴于定子矩形板5正面里层的压电陶瓷6进行极化处理和供电 配置；为了激发出矩形板5的Y向的B5,。模态，贴于定子矩形板5背面外层的压电陶瓷6进 行极化处理和供电配置；为了激发定子矩形板的Y向B8,。模态，贴于定子矩形板5背面上里 层的压电陶瓷6进行极化处理和供电配置。 两直线自由度超声电机的定子板5上设置了 8个驱动齿，这些齿分成X向驱动齿 7和Y向驱动齿8等两组。每组中均有4个齿，X向驱动齿7用于推动动子沿X轴方向做直 线运动，Y向驱动齿8用于推动动子沿Y轴方向做直线运动。 如图5所示，所述的X向驱动齿7沿定子矩形板5的X方向上的安装位置是驱动 齿7必须处于X向弯曲模态B。,5和B。,8的非波峰和波谷的适当位置。并且为了避免或尽量 减小X向驱动齿7的运动对动子组件的Y向直线自由度产生干扰，X向驱动齿7在矩形板5 的Y轴方向上位置是处在B5,。和B8,。的公共节线上。 所述的Y向驱动齿8沿定子矩形板5的Y轴方向上的安装位置是必须处于Y向 弯曲模态85,。和88,。的非波峰和波谷的适当位置。同样，为了避免或减小Y向驱动齿的8 运动对动子的X向自由度运动产生干扰，Y向驱动齿8在矩形板5上的沿X向位置是处在 8。,5和B。,8r的公共节线处。 电机的工作原理是通过在压电陶瓷I组上施加高频谐波激励信号，激发定子X向 的B。,5(或B。,s)弯振模态，驱使X向驱动齿7的顶面处质点沿X向作正(或反)向椭圆运 动，再借助驱动齿7与动子组件2之间的摩擦推动动子组件2沿X轴作正(或反)向直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机，它包括定子组件、动子组件、支座组件和预紧加压组件，其特征是预紧加压组件连接支座组件，支座组件上连接定子组件，定子组件与动子组件配合连接，定子组件通过柔性铰支座固定在支座组件上，动子组件通过滚珠与支座组件构成高副连接，预紧加压组件压紧在定子组件上。

【技术特征摘要】
一种基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机，它包括定子组件、动子组件、支座组件和预紧加压组件，其特征是预紧加压组件连接支座组件，支座组件上连接定子组件，定子组件与动子组件配合连接，定子组件通过柔性铰支座固定在支座组件上，动子组件通过滚珠与支座组件构成高副连接，预紧加压组件压紧在定子组件上。2. 根据权利要求1所述的基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机，所述定子组 件由矩形板、压电陶瓷、X向驱动齿、Y向驱动齿组成，其特征是矩形板的正、反两面分别连 有两层压电陶瓷，压电陶瓷上分别对称连有四个X向驱动齿和四个Y向驱动齿，X向驱动齿 和四个Y向驱动齿的顶面分别涂敷增摩减磨材料。3. 根据权利要求1所述的基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机，所述的动子 组件由滑板、滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺红林，龙玉繁，周翔，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：实用新型
国别省市：36[中国|江西]