[实用新型]基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器

说明书

本实用新型涉及一种基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器，属于精密机械领域。包括底座、柔性机构、压电元件、预紧垫块、转子。柔性机构通过其旋转对称分布的驱动足，配合压电元件产生微米级运动驱动转子旋转；压电元件基于逆压电效应将电能转化为动能，驱动柔性机构动作；预紧垫块用于配合预紧螺钉调整驱动足与转子间的摩擦力；转子作为驱动装置的输出终端。具有转角分辨率高、运动平稳、响应迅速、转速快等优点，且具有无电磁干扰、结构紧凑、轻巧的特点，加工简单，装配简便，成本低，功耗低，噪音小。适用范围广，在精密仪器、精密光学、航空航天和显微操作等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及精密机械领域，特别涉及一种基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器。可用于显微操作，医学工程、精密仪器等领域。

背景技术

压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应的精密驱动技术，在理论上具备无限的位移分辨率，实际中受限于电源分辨率及闭环控制中的传感器分辨率。由于逆压电效应产生的位移输出极小，约等于压电材料自身长度的千分之一，所以人们提出了一些步进式运动方式来放大压电驱动装置的行程。目前，主要存在三种针对压电驱动装置的步进式运动方式，包括尺蠖运动方式、粘滑运动方式以及共振运动方式。其中以粘滑运动方式最为简单方便，尺蠖式运动方式控制较为复杂，共振运动方式则对结构尺寸有严格要求。

然而，基于粘滑运动方式的压电驱动装置对加工、装配精度比较敏感，加工、装配精度过低会造成运动状态的不稳定。所以，在压电驱动装置性能和加工、装配的成本之间存在矛盾。因此，提出一种具有优秀运动性能且对加工装配精度要求低的压电驱动装置具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型利用呈旋转对称分布的四个驱动足驱动转子以实现自定心功能，保证工作工程中驱动足和转子稳定接触，从而减少对加工、装配精度要求。并且通过连接环结构同时驱动四个驱动足实现四足耦合运动，保证了一致的运动状态并减少了所需压电叠堆数量，节约了成本。本实用新型提出的基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器具有体积小、成本低、结构精巧、易于加工、运转稳定、控制简单、定位精度高、旋转速度快等优点。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器，通过四个呈旋转对称分布的驱动足实现对转子的自定心功能，通过连接环连接四个驱动足实现一致动作并减少所需压电元件的数量；包括底座1、柔性机构2、压电元件3、预紧垫块4、转子5，所述柔性机构2安装在底座1上，柔性机构2包括四个旋转对称分布的驱动足和连接四个驱动足的连接环结构，另外带有四个安装槽分别用于安装压电元件3和预紧垫块4，在安装槽底部设有螺纹孔配合螺钉实现对压电元件3的预紧和驱动足与转子5之间的接触状态调整，工作过程中连接环受压电元件3驱动产生微米级位移并带动四个驱动足同时动作以驱动转子5旋转。

所述的压电元件3安装于柔性机构2的安装槽中，并通过预紧实现与柔性机构2的紧密接触，工作过程中受特殊波形的电信号激励以产生周期的慢速伸长、快速伸缩运动，并驱动连接环产生相应的周期运动。

所述的预紧垫块4安装于柔性机构2的安装槽中，用于将预紧力传递至柔性机构2的连接环，连接环在预紧力的作用下带动四个驱动足产生微小形变，四个驱动足绕各自的直圆型柔性铰链旋转，在此过程中会朝转子5靠近并压迫转子5，从而调节驱动足和转子5的接触状态。

所述的转子5安装于柔性机构2中并位于四个驱动足中心，当压电元件3在慢速伸长过程中，转子5受到柔性机构2驱动足驱动而产生慢速正向转动，当压电元件3在快速收缩过程中，柔性机构2及其驱动足由于自身弹性势能也产生快速回退运动，而转子5由于惯性仅稍微反向旋转甚至静止或继续正向旋转，从而产生一个正向旋转与反向旋转的角度差，通过周期运动将累积正向旋转角度以产生宏观连续旋转运动。