[发明专利]一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法，压电驱动器包括基座、初始间隙调整单元、定子单元及动子单元；所述基座、初始间隙调整单元及定子单元自下而上依次固定连接，通过初始间隙调整单元调整定子单元沿X轴方向及Y轴方向的位置；所述定子单元固定在基座上且定子单元与动子单元位于同一水平平面；所述动子单元包括轴承、导轨及滑块，导轨固定在基座上，滑块滑动连接在导轨上，轴承固定在基座上；轴承沿Y轴方向与滑块紧密相切接触，轴承外圈在定子单元的驱动下产生外摆线运动，进而带动滑块产生相应的爆裂运动。本发明为研究消除粘滑式压电驱动器回退运动提供了一种解决方案。

技术领域

本发明涉及精密定位领域，特别是涉及一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法。本发明提供的基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法与现有的粘滑式、惯性式、寄生式等驱动原理研制的压电驱动器相比，不仅从驱动原理上实现了对粘滑式等压电驱动器出现的回退运动的抑制，而且实现了显著的爆裂运动，极大的提高了压电驱动器的输出性能，可用于精密定位、生物医学工程和精密/超精密加工等领域实现无回退、高精度的定位。

背景技术

随着精密定位、生物医学工程和精密/超精密加工等领域对微/纳米定位、加工和操作等需求的不断提升，对精密定位平台的需求也愈发迫切。基于逆压电效应的压电叠堆因具有高刚度、高分辨率、快速响应等优点，获得了广大研究人员的青睐，成为了驱动器的主流驱动元件。在诸多类型的压电驱动器中，粘滑压电驱动器因其结构和控制简单而应用广泛。然而，粘滑压电驱动器在工作过程中普遍存在着回退运动，不仅会降低驱动器的输出性能，而且会缩短驱动器的使用寿命。目前，已经开发出诸如超声减摩效应、轨迹修正等原理来抑制回退运动。虽然能够有效的抑制回退运动，但依然存在着抑制不彻底、输出步长小的问题。

综上所述，在压电驱动器领域中，如何消除回退运动、提高输出步长是研究的热点问题，需要亟待解决。为此，需要提出一种新的压电驱动原理，并研制出相应的装置和方法，在保留现有粘滑式压电驱动器结构简单和控制简单的基础上实现对回退运动的消除和输出步长的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法，通过利用轴承的外摆线运动诱导出滑块的爆裂运动来提高粘滑压电驱动器的输出步长。本发明基于外摆线诱导原理的压电驱动器结构简单，控制方法灵活，驱动脚、钳位脚与滑块之间的初始间隙可以通过微调机构的相应旋钮来调节；在合适的初始间隙下，通过驱动脚、钳位脚交替推动轴承，可以使轴承外滚道产生外摆线运动，进而驱动滑块，从而消除了粘滑式压电驱动器固有的回退运动。本发明为研究消除粘滑式压电驱动器回退运动提供了一种解决方案，在精密定位、生物医学工程和精密/超精密加工等领域具有广阔的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

作为本发明的一方面，提供一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，包括基座、初始间隙调整单元、定子单元及动子单元；所述基座、初始间隙调整单元及定子单元自下而上依次固定连接，通过初始间隙调整单元调整定子单元沿X轴方向及Y轴方向的位置；所述定子单元固定在基座上且定子单元与动子单元位于同一水平平面；所述动子单元包括轴承、导轨及滑块，导轨固定在基座上，滑块滑动连接在导轨上，轴承固定在基座上；轴承沿Y轴方向与滑块紧密相切接触，轴承外圈在定子单元的驱动下产生外摆线运动，进而带动滑块产生相应的爆裂运动。

进一步地，所述定子单元包括双足柔性铰链、钳位压电叠堆、驱动压电叠堆以及开环压电控制器，所述双足柔性铰链包括固定架、驱动脚、钳位脚；所述驱动脚、钳位脚分别布置在固定架内，驱动脚与所述轴承外圈沿Y方向相切接触，钳位脚与轴承外圈沿X方向相切接触，钳位压电叠堆安装在钳位脚中，驱动压电叠堆安装在驱动脚中；开环压电控制器分别与钳位压电叠堆及驱动压电叠堆电性连接，开环压电控制器激励钳位脚和驱动脚交替伸缩，并诱导轴承外圈产生外摆线运动。

进一步地，所述驱动脚设置在双足柔性铰链的右上方，其一端与固定架相连，另一端与轴承外圈沿Y方向相切接触；所述钳位脚设置在双足柔性铰链的左下方，其与固定架相连并与轴承外圈沿X方向相切接触。