[发明专利]非对称菱形铰链正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称菱形铰链正交驱动型压电粘滑直线马达及其激励方法，属于半导体加工与光学精密仪器等先进技术领域。

背景技术

压电粘滑直线马达是一种利用压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发振子（或称定子）产生微幅振动，通过振子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的精密微纳驱动器。按照驱动工作原理的不同，压电粘滑直线马达主要分为共振型压电马达（也称超声波电机）与非共振型压电马达（也称压电粘滑马达）两大类。与共振型压电马达相比，非共振型压电粘滑直线马达具有定位精度高、结构简单紧凑以及控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位的技术领域。

压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形阶段，定子与动子间摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段时表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。已有公开技术表明当前压电粘滑直线马达无法实现对整个驱动过程的摩擦力进行综合调控，导致其输出机械性能受限。特别在定子的快速变形驱动阶段，由于动子所受摩擦力与其运动方向相反，当动子惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致动子产生回退运动，表现为类锯齿状的不平稳运动输出，劣化输出性能，已有锯齿激励电信号无法实现对压电粘滑直线马达快速变形驱动阶段摩擦力的调控，进一步限制了压电粘滑直线马达的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线马达由于定子与动子间摩擦综合调控困难，所导致的机械输出特性受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化驱动器输出性能等技术问题，本发明公开了一种非对称菱形铰链正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述的一种非对称菱形铰链正交驱动型压电粘滑直线马达由加载平台、定子和动子组成。所述加载平台由基座、上滑台和手动调节螺杆组成。所述基座设置动子安装孔与动子安装平面，用于安装动子；所述基座底部设置有基座安装孔，通过螺纹连接可实现与外围装置的固定安装；所述基座设置有导向架限位螺钉，用于滑台的移动限位；所述基座设置有滚珠架，用于上滑台的滑动；所述基座设置有滑板紧固螺钉、止动螺钉滑板和止动螺钉，所述止动螺钉用于上滑台的固定，通过调节止动螺钉，可实现对上滑台的锁紧，防止加载后上滑台移动；所述基座设置有导向架，用于支撑上滑台；所述导向架安装有导向架限位螺钉，为避免上滑台滑出导向架；所述基座设置有弹簧，用于上滑台的回程移动；所述基座设置有下弹簧固定柱，用于安装固定弹簧；所述基座设置有手动调节螺杆安装孔，其与手动调节螺杆进行螺纹连接。所述上滑台设置有定子安装孔，用于安装定子；所述上滑台设置有滑台限位螺钉，用于上滑台的移动限位；所述上滑台设置有上弹簧固定柱，配合下弹簧固定柱用于安装固定弹簧；所述上滑台侧面设置有止动螺钉安装孔，所述止动螺钉安装孔与止动螺钉螺纹连接；所述上滑台设置有导向滑杆，用于上滑台的移动；所述导向滑杆安装有滑台限位螺钉，避免上滑台滑出导向架。所述手动调节螺杆与手动调节螺杆安装孔螺纹连接，通过调整手动调节螺杆的旋进长度可以调节上滑台的位置，实现加载平台对预紧力的调节。

所述定子包括非对称菱形运动转换器、压电堆叠、预紧螺钉和调整垫片。所述非对称菱形运动转换器采用非对称菱形结构的铰链。所述非对称菱形运动转换器设置有安装通孔，通过螺钉将非对称菱形运动转换器与上滑台的上表面进行紧固连接；所述非对称菱形运动转换器设置有切口型柔性铰链、圆弧形柔性铰链，可改变非对称菱形运动转换器的轴向刚度分布；所述非对称菱形运动转换器设置有菱形铰链，可改变非对称菱形运动转换器的偏转刚度；所述非对称菱形运动转换器设置有圆弧切口和定子驱动足；所述圆弧切口会引起菱形铰链的刚度分布不均匀，引起定子驱动足的单向偏转，所述圆弧切口可将压电堆叠的轴向振动位移转换为定子驱动足的侧向位移，所述定子驱动足驱动活动导轨运动。定子采用非对称菱形铰链运动转换器，使其轴向刚度分布不均而产生单一方向的侧向位移，增大缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小快速变形驱动阶段时摩擦阻力，可实现对摩擦力的综合调控。所述预紧螺钉安装孔与预紧螺钉进行螺纹连接。所述压电堆叠的后端面与预紧螺钉之间设置有调整垫片，所述压电堆叠的前端面与非对称菱形运动转换器之间设置有调整垫片，所述压电堆叠前后端面设置垫片的目的是为了保护压电堆叠，防止其产生切应变或局部受力不均，通过调整预紧螺钉的旋进长度，可实现对压电堆叠的轴向预紧调节。