[实用新型]一种超声辅助克服摩擦直线运动平台

说明书

本实用新型的超声辅助克服摩擦直线运动平台主要包括工作台、压电叠堆、柔性铰链组、辅助机构和驱动器等部件。其中，所述辅助机构由四部分相同的板块组成，各板块通过螺纹连接与各滑块连接，各板块通过所述柔性铰链组与所述工作台以螺纹方式连接。所述驱动器施加驱动力作用于所述工作台，带动所述柔性铰链发生弹性变形，实现整个运动平台的定向位移。压电叠堆通过双头螺栓装在位于同侧导轨的两板块之间，所述压电陶瓷施加机械应力作用于所述滑块，克服所述滑块与导轨之间的静摩擦力，防止摩擦状态切换瞬间引起的加速度突变，消除上述的“抖动”现象，提高定位精度。

技术领域

本实用新型涉及运动平台的技术领域，更具体地，涉及一种超声辅助克服摩擦直线运动平台。

背景技术

由于具有体积小、分辨率高、无噪音和易控制等特点，压电陶瓷在高速精密运动平台设计中得到了广泛应用。在高速精密运动平台中，当运动平台启动、停止或者进行微进给时，其速度相对较低，运动副之间表面粗糙度的不确定性会导致摩擦阻力的幅值波动，从而使运动平台出现“爬行”现象。在闭环控制系统作用下，驱动器将会通过增大驱动力的方式来克服摩擦阻力，补偿运动平台的定位误差。在上述补偿过程中，运动平台将会经历频繁的“静止→运动”状态切换。在“静止→运动”过程中，运动副之间的摩擦阻力会经历“静摩擦力→动摩擦力”的状态切换，而静摩擦系数与动摩擦系数的差异会导致上述状态切换瞬间的加速度突变，造成运动平台在最终定位位置附近的“抖动”，影响定位精度。如何降低在启动、停止和微进给过程中由于摩擦状态切换引起的“抖动”现象是影响高速精密运动平台执行精度的重要问题。

为解决上述问题，目前常用的解决方案有：

1.采用无摩擦或者低摩擦的运动副设计，例如采用气浮导轨、磁悬浮导轨等结构。其存在的主要问题是制造和使用成本较高。

2.建立精确的摩擦力模型，并采用运动控制对驱动力进行补偿。摩擦力产生于具有相对运动的接触面之间，受相对加速度、位移、润滑情况和表明接触状况等众多因素的影响，所以很难建立高精度的摩擦力模型，导致运动控制中需要复杂的补偿控制方法。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种超声辅助克服摩擦直线运动平台，其所采用的技术方案如下。

一种超声辅助克服摩擦直线运动平台，其特征在于，所述运动平台包括：机座、直线导轨、导轨滑块、工作台、辅助机构、柔性铰链组、直线电机驱动器、压电叠堆和位移检测装置；所述直线导轨安装在所述机座上；所述导轨滑块设置于所述直线导轨上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述辅助机构包括两个板块，所述辅助机构安装在所述导轨滑块上；所述工作台通过所述柔性铰链组与所述辅助机构连接；所述直线电机驱动器对所述工作台施加驱动力，所述驱动力可以使所述柔性铰链组发生弹性变形，进而使所述工作台产生沿导轨长度方向的直线位移；所述压电叠堆固定于所述辅助机构的所述两个板块之间；所述位移检测装置用于实时反馈所述工作台的位置。

进一步，每一条所述直线导轨上均至少设有两个所述导轨滑块；每一个所述板块分别安装在两个不同的所述导轨滑块上。

进一步，所述柔性铰链组包括多个柔性铰链，每个所述板块均至少与一个所述柔性铰链连接。

进一步，所述移检测装置包括：光栅尺传位移感器与光栅尺；光栅尺传位移感器与工作台连接，与装于基座上的光栅尺一起，实时测量运动平台在任意情况下的位移。

进一步，所述直线电机驱动器包括直线电机动子和直线电机定子，所述直线电机动子在电磁力作用下对所述工作台施加驱动力。

进一步，所述柔性铰链为单独加工、可拆卸式的切口型柔性铰链。

进一步，所述辅助机构的所述两个板块为刚性连接或做成整体。这样设置可以实现更好的同步效果。

与现有技术相比，有益效果是：