[发明专利]压电驱动的进给调姿装置及其激励方法有效
申请号: | 201910280438.2 | 申请日: | 2019-04-09 |
公开(公告)号: | CN109889084B | 公开(公告)日: | 2020-01-24 |
发明(设计)人: | 刘英想;于洪鹏;陈维山;刘军考 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | H02N2/00 | 分类号: | H02N2/00 |
代理公司: | 23211 哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司 | 代理人: | 刘景祥 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 调姿 进给 超精密 负载能力 驱动单元 动子 螺母 操作对象 单自由度 调姿机构 进给运动 扭转变形 驱动元件 三自由度 丝杠螺母 弯曲变形 五自由度 压电驱动 运动平台 装置结构 大尺度 驱动足 丝杠 压电 紧凑 精密 驱动 应用 | ||
本发明是压电驱动的超精密进给调姿装置及其激励方法。本发明解决了已有的多数调姿机构难以实现进给运动以及结构繁琐、负载能力较差的技术问题。本发明的进给调姿装置由动子(1)、驱动单元(2)、螺母(3)、丝杠(4)以及基座(5)组成其中驱动单元(2)为主要驱动元件,用以产生弯曲变形和扭转变形并通过驱动足或丝杠螺母驱动动子的三自由度旋转运动和单自由度直线运动。基于本发明中的激励方法,所述进给调姿装置可以实现大尺度的运动。本发明中的进给调姿装置结构紧凑、负载能力强,激励方法简单可靠,适合应用于需要对操作对象进行精密调姿和进给的技术领域。
技术领域
本发明涉及压电驱动技术领域,是一种压电驱动的进给调姿装置及其激励方法。
背景技术
压电驱动技术作为一种较为新颖的可以实现驱动与定位的技术手段,其致动机理主要是利用压电材料的逆压电效应实现输入电能向输出机械能的转换。由于其结构设计灵活多样、分辨力高、响应速度快,近年来受到十分广泛的关注,并且在精密仪器、生物医疗、航空航天等领域得到了成功的应用。
作为一种具有较大机械输出能力的压电元件,压电叠堆包括可以输出直线运动、弯曲运动以及旋转运动的多种类型,利用压电叠堆实现精密驱动的压电驱动装置也已经受到了广泛的关注和长足的发展。但是纵观众多类型的精密压电驱动器,它们可以实现的运动自由度数仍然难以满足应用需求,发明一种结构简单紧凑、激励方法可靠易行,且具有较大负载能力的精密压电驱动器是加工、纳米科学与技术、细胞科学等相关技术领域进一步发展所必需面对的问题。
发明内容
本发明为解决现有存在的问题,提供了一种压电驱动的进给调姿装置及其激励方法,本发明提供了以下技术方案:
一种压电驱动的进给调姿装置,所述进给调姿装置包括动子1、驱动单元2、螺母3、丝杠4以及基座5;
所述驱动单元2包括驱动足2-1、双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘块2-3、上侧层叠式扭转型压电驱动器2-4、中间夹板2-5以及下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6;
所述基座5保持固定,所述动子1输出四自由度运动;
所述驱动足2-1、双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘块2-3、上侧层叠式扭转型压电驱动器2-4、中间夹板2-5以及下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6沿驱动单元2的轴线方向分布且保持固定连接,丝杠4的轴线方向与驱动单元2的轴线方向重合且与基座5之间保持固定连接;
所述动子1压紧在驱动足2-1的上表面,所述下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6压紧在螺母3的上表面。
优选地,所述双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2由多片压电陶瓷沿驱动单元2的轴线方向固定连接而成,每片压电陶瓷包含四个极化分区,所述双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2在激励电压信号的作用下发生偏离驱动单元2的轴线方向的弯曲变形,进而带动驱动足2-1沿与驱动单元2的轴线方向垂直的两个正交方向的摆动运动;所述上侧层叠式扭转型压电驱动器2-4以及下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6由多片压电陶瓷绕驱动单元2的轴线方向固定连接而成,每片压电陶瓷包括一个极化分区,所述上侧层叠式扭转型压电驱动器2-4以及下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6在激励电压信号的作用下发生绕驱动单元2的轴线方向的扭转变形,所述上侧层叠式扭转型压电驱动器2-4以及下侧层叠式扭转型压电驱动器2-6上下两个表面产生相对转动运动,进而分别带动驱动足2-1以及螺母3绕驱动单元2的轴线方向的转动运动。
优选地,所述驱动足2-1上表面设置有定位孔,所述动子1通过定位孔压紧在驱动足2-1上以实现自动定心并跟随驱动足2-1做运动;
所述动子1与驱动足2-1之间在压紧装置的作用下保持接触,所述压紧装置包括球轴承压紧、电磁力压紧、流体动压力压紧、流体静压力压紧。
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