[发明专利]一种寄生式压电粘滑驱动器

说明书

本发明涉及一种寄生式压电粘滑驱动器，该驱动器由定子、环形转子、固定基座三部分组成。其中定子包括压电叠堆、八边形柔性铰链、复位弹簧和驱动足。所述复位弹簧采用非对称结构，增加了前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力；驱动足形状相同、旋转对称，分别固连于复位弹簧上。压电叠堆工作时，八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子交替步进，提高了驱动器的输出效率。本发明具有结构简单、精度高、行程大等特点；利用八边形柔性铰链的寄生运动和非对称的复位弹簧结构，使环形转子交替步进，同时达到了抑制回退的效果。

技术领域

本发明涉及一种寄生式压电粘滑驱动器，属于压电精密驱动技术领域。

背景技术

近年来，由于微纳米技术的迅猛发展，在生物医学工程、精密加工、机器人、计算机、自动控制、精密测量、精密器件微制造、超精密加工等技术领域对微小机械的驱动技术日益增多。作为驱动技术的核心，微纳米级微驱动技术在这种需求下成为人们关注的焦点。传统的精密驱动主要采用机械式，如精密丝杠副及滚动，滑动导轨、精密螺纹机构等，但由于存在间隙、摩擦、爬行等问题，其精度很难满足要求，在这种条件下发展出许多新型的驱动方式，其中以压电材料为驱动原件的驱动器由于其功耗低，响应速度快等优点成为近年来精密驱动装置的一个重要分支。

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”两种运动状态之间的相互转换，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，定子和动子间的摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段是表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。鉴于此，传统的压电粘滑驱动器，回退现象明显，输出效率较低。

发明内容

为了抑制压电粘滑驱动器的回退，同时提高驱动器的输出效率，本发明公开了一种寄生式压电粘滑驱动器。

本发明所采用的技术方案是：

一种寄生式压电粘滑驱动器由定子、环形转子、固定基座组成；其中定子通过螺钉固定安装在固定基座上，环形转子内圈与定子的驱动足弹性接触；所述定子包括第一驱动足、第一复位弹簧、第二驱动足、第二复位弹簧、第三驱动足、第三复位弹簧、第四驱动足、第四复位弹簧、八边形柔性铰链、压电叠堆；定子中的压电叠堆采用紧配合的方式内嵌于八边形柔性铰链凹槽内，并与第一、第三复位弹簧平行，第一、第三驱动足、第二、第四驱动足形状相同、旋转对称，分别固连于第一、第三复位弹簧、第二、第四复位弹簧上；复位弹簧使用非对称结构，增加了前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，抑制环形转子回退；压电叠堆工作时，八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形，从而使驱动足驱动环形转子交替步进。

所述第一复位弹簧、第二复位弹簧、第三复位弹簧、第四复位弹簧采用非对称结构，复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)刚度小于复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)；所述的复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用厚度大于复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)的直梁结构或复位弹簧(1-2-1、1-4-1、1-6-1、1-8-1)采用S型梁结构，复位弹簧(1-2-2、1-4-2、1-6-2、1-8-2)采用直梁结构；通过非对称的复位弹簧增加前进阶段驱动足与环形转子接触点的预紧力，从而提高步进运动的效率，抑制环形转子回退；所述的第一驱动足、第二驱动足、第三驱动足、第四驱动足均采用柔性非对称结构，固定连接在对应的复位弹簧上，更利于环形转子转动。

所述的八边形柔性铰链的寄生运动使复位弹簧交替凹凸变形；压电叠堆伸长时，推动八边形柔性铰链产生微小位移，第一、第三复位弹簧向外凸起，第二、第四复位弹簧向内凹陷，使得第一、第三驱动足驱动环形转子顺时针旋转一个微小角度；压电叠堆回缩时，第二、第四复位弹簧由凹陷状态复位，使第二、第四驱动足驱动环形转子继续顺时针旋转一个微小角度，实现环形转子的交替步进。