[发明专利]一种具有各向异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器

说明书

本发明涉及一种具有各项异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器，该驱动器由定子、预紧力加载平台、固定基座、动子四部分组成。其中定子包括“工”字前梁、“工”字连接梁、“工”字后梁、复位弹簧、直圆柔性铰链、压电叠堆和驱动足。所述驱动足中设置有平行导向机构，保证了预紧后，驱动足与动子之间仍为面接触；动子和驱动足接触表面采用纳米制造技术使摩擦具有方向依赖性，当动子向右运动时产生的摩擦力小于向左运动时产生的摩擦力；控制压电叠堆的伸长与缩短，使驱动足交替向右形变推动动子向右运动，从而达到交替步进的效果。本发明具有控制精度高、结构简单紧凑、运动行程大等特点。

技术领域

本发明涉及一种各向异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器，属于压电精密驱动领域。

背景技术

近些年来，微纳米技术得到了快速发展，在超精密加工、机器人、光学工程、计算机、航空航天科技、精密测量、现代医疗等技术领域对精密驱动技术的需求日益增长，而微纳米级精密驱动技术则是其关键技术。传统的驱动装置，例如伺服电机、气压传动、液压传动等大尺寸的驱动装置，虽然能够完成较大载荷的输出，但是其输出精度比较低，已不能满足现代科技对细微尺寸及精度的要求。在此背景下人们研发了许多新型驱动器，例如记忆合金电机、电致伸缩电机和压电效应电机等，其中以压电材料为驱动原件的驱动器因为其结构简单，容差性强等优点成为近年来精密驱动装置的一个重要研究方向。

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。当前的压电粘滑驱动器工作过程可以分为缓慢变形与快速回复阶段，在这两个过程中定子和动子间的摩擦力起到不同作用，缓慢变形阶段表现为摩擦驱动力，快速回复阶段表现为摩擦阻力，由于摩擦阻力对运动的影响，使得工作效率降低。

发明内容

为了达到交替步进的运动效果，同时提高驱动器的输出效率，本发明公开了一种各向异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器。

本发明所采用的技术方案是：

一种具有各向异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器，其特征在于该压电粘滑驱动器由定子(1)、预紧力加载平台(2)、固定基座(3)和动子(4)四部分组成；其中定子(1)固定安装在预紧力加载平台(2)上，预紧力加载平台(2)安装在固定基座(3)上，动子(4)安装在固定基座(3)上并与驱动足弹性接触；所述定子(1)包括“工”字前梁(1-1)、直圆柔性铰链(1-2)、“工”字连接梁(1-3)、C形复位弹簧(1-4)、“工”字后梁(1-5)、安装孔(1-6)、倒C形复位弹簧(1-7)、压电叠堆(1-8)、第一驱动足(1-9)、第二驱动足(1-10)；定子(1)刚性部分呈“工”字型；“工”字前梁(1-1)和“工”字连接梁(1-3)之间设置有直圆柔性铰链(1-2)，便于“工”字前梁(1-1)转动；第一驱动足(1-9)设置在“工”字前梁(1-1)的左端，第二驱动足(1-10)设置在“工”字前梁(1-1)的右端，且第一、第二驱动足(1-9、1-10)均向右倾斜；“工”字前梁(1-1)与“工”字后梁(1-5)右端通过C形复位弹簧(1-4)连接；“工”字前梁(1-1)与“工”字后梁(1-5)左端通过倒C形复位弹簧(1-7)连接；“工”字后梁(1-5)两端设置有两个安装孔(1-6)，用于将定子(1)固定在预紧力加载平台(2)上；压电叠堆(1-8)设置在倒C形复位弹簧(1-7)与“工”字连接梁(1-3)中间；驱动足与动子(4)摩擦表面具有各向异性，即动子(4)向右运动时产生的摩擦力小于向左运动时产生的摩擦力；给压电叠堆(1-8)施加三角波，当压电叠堆(1-8)伸长时，第一驱动足(1-9)向右形变推动动子(4)向右运动；当压电叠堆(1-8)回缩时，第二驱动足(1-10)向右形变推动动子(4)向右运动，从而使动子(4)实现了交替步进的效果。

所述的一种具有各向异性摩擦表面的交替步进压电粘滑驱动器，其特征在于所述第一、第二驱动足(1-9、1-10)中设置有平行导向机构(1-9-1、1-10-1)，保证了预紧后，驱动足与动子(4)之间仍为面接触。