[发明专利]等腰梯形粘滑压电直线驱动器

说明书

本发明公开了一种等腰梯形粘滑压电直线驱动器，由基座、滑块、等腰梯形定子和预紧机构组成。滑块和预紧机构安装于基座上，安装有等腰梯形定子的预紧机构用于预加载等腰梯形定子和滑块。等腰梯形定子包括等腰梯形柔性机构和四片矩形压电陶瓷片，通过两个安装孔将等腰梯形柔性机构固定于预紧机构表面。锯齿波信号激励压电陶瓷片，从而使等腰梯形机构改变驱动足与滑块接触点的x和y向的位移量，从而改变接触面的摩擦力。锯齿波信号上升沿，驱动足具有较大的y向位移量，增大了缓慢偏振阶段的正压力，进而增大了静摩擦驱动力，锯齿波下降沿，驱动足具有较小的y向位移量，减小了快速回复阶段的动摩擦阻力，达到抑制回退的目的，提高了运动性能。

技术领域

本发明涉及一种采用智能材料的精密驱动装置，尤其是一种压电直线驱动器。

背景技术

压电驱动器是指由锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅锌(PZN)、铌酸铅镁(PMN)等压电材料制成的驱动器，其在微、纳米或定位应用中有许多优点，相比其他执行机构，它具有高分辨率(亚纳米级)、高固有频率(大于千赫兹)和高驱动力(大于千牛顿级)的显著特点，但其还存在位移行程小(10μm-100μm)的特点，因此常结合粘滑运动机理来实现毫米级行程的高分辨率运动。

压电粘滑驱动的工作原理如下：在非对称锯齿电压信号激励下，利用压电振子的不对称振动造成的动、静摩擦力之间的差异，以达到控制被驱动物体产生微小位移的目的。具体实施可采用非对称锯齿波对压电堆叠进行缓慢与快速交替激励，利用逆压电效应激发定子产生缓慢与快速交替的运动变形，使得定子与动子处于“粘”和“滑”两种运动状态，在摩擦力作用下实现机械运动输出。

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

为实现大行程、高精度、大负载的结合的精密驱动装置,同时抑制压电粘滑驱动的回退现象，本发明公开了一种等腰梯形粘滑压电直线驱动器。所提出压电直线驱动器的等腰梯形定子可以将压电陶瓷的力同时作用在滑块运动方向和定子正压方向两个方向上，产生横向运动来增大压电陶瓷缓慢偏振阶段的正压力，减少压电陶瓷快速回复阶段的动摩擦力，达到抑制回退的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种等腰梯形粘滑压电直线驱动器，主要由基座(1)、滑块(2)、等腰梯形定子(3)和预紧机构(4)组成；滑块(2)和预紧机构(4)安装于基座(1)上，预紧机构(4)用于预加载等腰梯形定子(3)和滑块(2)；所述的等腰梯形定子(3)包括等腰梯形柔性机构(3-1)和四片矩形压电陶瓷片(3-2)，等腰梯形柔性机构(3-1)通过两个安装孔(3-1-6)固定于预紧机构(4)表面；等腰梯形柔性机构(3-1)为柔性双摇杆机构，其中横轴(3-1-5)为固定机架，驱动足所在杆为连杆，左柔性梁(3-1-3)和右柔性梁(3-1-4)分别粘贴有左弯曲压电陶瓷(3-2-1)和右弯曲压电陶瓷(3-2-2)作为驱动摇杆；工作时四片压电陶瓷片(3-2)受同一正向锯齿波信号激励，四片压电陶瓷片(3-2)产生同向偏振，左柔性梁(3-1-3)和右柔性梁(3-1-4)受压电陶瓷片(3-2)的作用产生弯曲变形，左驱动足(3-1-1)与滑块(2)接触点的假想运动轨迹可分解为x向和y向的位移，当驱动足与滑块紧密接触时，所述接触点假想运动轨迹变化表现为左驱动足(3-1-1)和右驱动足(3-1-2)与滑块(2)间接触表面法向正压力及切向摩擦力的变化；在“粘”阶段，即左驱动足(3-1-1)与滑块(2)接触运动时，接触点假想轨迹为正x向和负y向运动的合成，左驱动足(3-1-1)与滑块(2)间会产生较大正压力，因此二者间会产生更大的静摩擦力来驱动滑块(2)沿正x向运动；在“滑”阶段，即左柔性梁(3-1-3)因自身的弹性快速回复时，接触点假想轨迹为负x向和正y向运动的合成，此时左驱动足(3-1-1)与滑块(2)间具有较小的正压力，二者间的动摩擦阻力会更小，滑块(2)受其作用产生的回退也就更小。