[实用新型]方框结构驱动的精密压电直线移动平台

说明书

本实用新型公开了一种方框结构驱动的精密压电直线移动平台，方框结构振子基体内侧中间位置设置有凸起的驱动足，在方框结构振子基体与驱动足相对的外侧均粘贴有面内弯振激励陶瓷，与面内弯振激励陶瓷和驱动足相应的方框结构振子基体两侧分别粘贴有面外弯振激励陶瓷，基座上面导轨与凹槽相互交叉垂直；方框结构振子基体内安装有移动台，移动台的框边与方框结构振子基体内侧的驱动足对应接触，移动台的下框边与导轨相对应。本实用新型的直线移动平台采用多个驱动足推动移动台，能成倍增大出力密度、速度并使其运行更稳定。

技术领域

本实用新型属于压电精密驱动技术，特别涉及一种方框结构驱动的精密压电直线移动平台。

背景技术

超声电机（压电电机）作为一种直接驱动装置，其工作原理与传统电磁电机不同，它利用压电材料的逆压电效应，将电能转化为弹性体振动的机械能，使弹性体表面质点产生周期性的轨迹运动，并通过定子与动子之间的摩擦耦合，将微观振动转换成动子的宏观运动；此外，超声电机靠定子表面质点的微米级振动来驱动动子，可达到亚微米级的定位精度。因此在航空航天、武器装备、高精密仪器等有特殊要求的高精度场合具有比传统电磁电机更加广泛的应用。从 20 世纪 80 年代开始，许多国内外学者开始致力于超声电机这种新型微特电机的研究与开发工作，使得超声电机以其自身独特的优势在全球得到了快速的发展，受到许多科研机构和相关行业的重视。按动子的运动形式可将超声电机分为直线型和旋转型，其中旋转型超声电机技术已日渐成熟，相反，直线式超声电机由于其内部机械特性受到多种外部因素的耦合作用而使其技术冲突激增，设计复杂，从而发展较为缓慢。尽管如此，考虑到直线式超声电机具有较强的环境兼容性，更适用于对直线运动提出高要求的机器人技术、生物医学工程、微机电系统等领域。因此，深入开展直线式超声电机研究就变得很有必要。国外研究方面，世界上第一款直线超声电机是 1982 年日本学者指田年生提出的行波型直线超声电机，其后日本一直处于超声电机技术研究与应用前列。1989 年，学者Tomikawa研制出一台驻波直线型超声电机，成为首台把 LUSM引入驻波领域；1998 年，Kurosawa 利用两个互成θ角度的兰杰文振子的面外模态，研制出一种 V 形结构定子的超声电机，在 V 形结构顶点合成出椭圆运动轨迹，从而驱动滑条做水平直线运动；2000 年以色列 Kyoccra 公司将一种驻波型直线超声电机成功用于驱动二维精密运动平台，其超低速型号产品定位精度达 10nm，位置分辨率超过 1nm，最低速度达 10nm/s；德国 PI 公司Vyshnevskyy，于 2005 年提出了单相驱动直线超声电机，并成功的商品化，其中 M-661 型直线移动平台的定子仅有 10g 的重量，最大速度达 600mm/s，推力可达 1.5N。在国内，2009 年，国内最早研究超声电机驱动技术的南京航空航天大学赵淳生等人研制出一种贴片式直线超声电机，通过动力学计算推导了该电机定子的空间运动轨迹方程，其输出推力达 5.2N，空载速度达7mm/s；哈工大刘英想博士等人在 2012 年提出基于纵振复合模态的一种双足驱动直线超声电机，利用一个水平压电换能结构连接两个竖直放置的压电换能器，结构采用硬铝合金一体化形式，试验结果表明在频率 25.3KHz、电压幅值 200V 的电激励信号下，电机双驱动足端可输出最大速度 610mm/s，推力32N。总体来看，现已推出的直线式超声电机的结构形式还极其有限，直线式超声电机的性能还有很大的提升。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种方框结构驱动的精密压电直线移动平台，使该直线移动平台的运动位置分辨率能达微米级，具有毫秒级响应速度，产生较高运行速度和输出较大推力。