[发明专利]基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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 加工等技术领域内有着特殊重要的应用前景，在精密驱动、机器人等高新技术 领域中可发挥出其他电机难以替代重要的作用。正因如此，本发明提出了一种 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发明具有类似原理和结构的其他超声电机。

发明内容

本发明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、有较大速度并能产生较 大推力，应用范围广。

本发明是这样实现的，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。

本发明的技术效果是：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为本发明的结构示意图。

图2为为本发明定子组件的结构示意图。

图3为本发明动子组件的结构示意图。

图4为本发明支座组件的结构示意图。

图5为本发明驱动的的配置示意图。

图6为本发明动子组件驱动原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是这样来实现的，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；