[发明专利]斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

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，压电粘滑直线马达具有结构简单紧凑、定位精度高、和控制方便等优点，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力综合调控困难，所导致的输出机械性能受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化输出性能等技术问题，本发明公开了一种斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种斜梯形运动转换式精密压电粘滑直线马达由基座、预压力调整装置、斜梯形定子和动子组成。

所述基座包括基座安装孔、预压力装置安装孔、导轨固定安装接触面和导轨螺纹安装孔。所述基座安装孔可将基座与其它外围装置进行固定，预压力调整装置安装孔用于预压力调整装置的固定，所述导轨固定安装接触面和导轨螺纹安装孔用于安装动子。

所述预压力调整装置包括下固定滑台、上活动滑台、预紧力手动调节螺杆和平台锁紧螺钉。所述下固定滑台设置有螺纹孔用于与预紧力手动调节螺杆进行螺纹连接，所述下固定滑台设置有弹簧固定圆柱用于安装预压弹簧，所述下固定滑台设置有导轨用于上活动滑台的移动，所述导轨设置有导轨限位螺钉可避免上活动滑台超出导轨的行程，所述下固定滑台底部设置有沉头孔通过螺钉可实现与基座之间的固定安装，所述下固定滑台设置有锁紧支撑架和锁紧支撑架固定螺钉，通过调节平台锁紧螺钉可以实现对上活动滑台的锁紧。所述上活动滑台上端面设置有螺纹孔用于安装斜梯形定子，所述上活动滑台设置有平台锁紧螺钉安装孔与平台锁紧螺钉进行螺纹连接。

所述斜梯形定子包括框形结构的铰链、压电叠堆、预紧螺栓和调整垫片。所述框形结构的铰链采用对称矩形结构的柔性铰链，所述框形结构的铰链设置有固紧螺栓安装孔，通过螺栓将框形结构的铰链与上活动滑台上的螺纹孔进行螺纹紧固连接。所述框形结构的铰链右侧设置有2个右边直圆型柔性铰链，左侧设置有2个左边直圆型柔性铰链，所述的2个右边直圆型柔性铰链和2个左边直圆型柔性铰链通过刚性梁进行连接，具体为2个右边直圆型柔性铰链通过刚性梁进行连接，2个左边直圆型柔性铰链通过刚性梁进行连接，并且右边直圆型柔性铰链和左边直圆型柔性铰链也通过刚性梁进行连接，所述框形结构的铰链设置有斜梯形定子驱动足，所述压电叠堆通过预紧螺栓固定安装在框形结构的铰链上，锯齿波电信号激励压电叠堆产生输出力，通过调整垫片传递到横梁上，所述横梁与斜平面之间因轴向刚度分布不均而产生侧向位移。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。所述斜梯形定子驱动足端面相应涂有摩擦材料，斜梯形定子驱动足驱动动子运动，预紧螺钉安装孔与预紧螺钉进行螺纹连接，所述压电叠堆与预紧螺钉之间设置有调整垫片。

所述动子为双列交叉滚柱导轨，包括活动导轨、导轨限位螺栓、固定导轨、双列交叉滚柱导轨安装螺栓和双列交叉滚柱导轨保持架。所述固定导轨通过双列交叉滚柱导轨安装螺栓和导轨螺纹安装孔与导轨固定安装接触面固定，所述固定导轨设置有双列交叉滚柱导轨保持架和滚柱为动子的滑动提供支撑，所述动子的活动导轨和固定导轨的两端设置导轨限位螺栓进行限位。