[发明专利]一种高频往复精密位移装置

说明书

本发明涉及位移装置技术领域，且公开了一种高频往复精密位移装置，包括驱动单元，其固定设置于基座表面；弹簧组件，其存储或释放从所述驱动单元获得的能量，所述驱动单元驱动弹簧组件往复运动；弹簧刚度调节组件，其用于调节所述弹簧组件的刚度。该种高频往复精密位移装置，采用刚度可调弹簧，将系统的固有频率调节为工作频率，电机按照给定固有频率激励，累加后振幅逐渐增加，阻尼力也逐渐增加，当电机输入能量与阻尼衰减能量平衡时振幅保持稳定，通过控制输入力的幅值，就可以控制振幅。光栅尺可以精密测量幅值。存在摩擦力时，可以通过柔性铰链补偿摩擦死区，提高位移控制精度。

技术领域

本发明涉及位移装置技术领域，具体为一种高频往复精密位移装置。

背景技术

高频往复精密位移控制通常采用直线或音圈电机驱动，往往需要高加减速度运动控制，要求电机推力大，能耗高。当频率高达上百赫兹时，哪怕振幅只有10mm，加速度高达1000多g，几十克的负载就需要几千牛的推力。大推力电机的动子质量也大，进一步加剧了恶性循环。例如，持续推力一千牛左右的音圈电机，动子质量高达五千克，只能达到20g加速度。目前高频往复精密位移存在以下缺点：

一、采用直线电机或音圈电机驱动，高加减速度下能耗大，频繁运动磨损导轨；

二、高频振动，需要的推力大，大推力电机价格昂贵，或者实现不了；

三、振动系统存在振幅衰减，精度差。

为此，我们提出一种高频往复精密位移装置解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高频往复精密位移装置，采用刚度可调弹簧，将系统的固有频率调节为工作频率，电机按照给定固有频率激励，累加后振幅逐渐增加，阻尼力也逐渐增加，当电机输入能量与阻尼衰减能量平衡时振幅保持稳定，通过控制输入力的幅值，就可以控制振幅。光栅尺可以精密测量幅值。存在摩擦力时，可以通过柔性铰链补偿摩擦死区，提高位移控制精度等优点，解决了背景技术提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述采用刚度可调弹簧，将系统的固有频率调节为工作频率，电机按照给定固有频率激励，累加后振幅逐渐增加，阻尼力也逐渐增加，当电机输入能量与阻尼衰减能量平衡时振幅保持稳定，通过控制输入力的幅值，就可以控制振幅。光栅尺可以精密测量幅值。存在摩擦力时，可以通过柔性铰链补偿摩擦死区，提高位移控制精度的目的，本发明提供如下技术方案：

一种高频往复精密位移装置，包括：

驱动单元，其固定设置于基座表面；

弹簧组件，其存储或释放从所述驱动单元获得的能量，所述驱动单元驱动弹簧组件往复运动；

弹簧刚度调节组件，其用于调节所述弹簧组件的刚度；

位置检测组件，其用于检测所述弹簧组件的振幅并将检测结果反馈给控制单元；

控制单元，其根据所述弹簧组件的振幅控制所述驱动单元输出的驱动力。

优选的，所述驱动单元为电机，其包括电机定子及电机动子，所述电机驱动电机动子做往复运动。

优选的，所述弹簧组件包括弹簧、弹簧前端固定件及弹簧后端固定件，所述弹簧一端与弹簧前端固定件固定连接，其另一端与弹簧后端固定件固定连接，所述弹簧后端固定件与基座固定连接。

优选的，所述弹簧刚度调节组件包括弹簧刚度内调节件及弹簧刚度外调节件，所述弹簧刚度内调节件与弹簧为螺旋配合，所述弹簧刚度内调节件与弹簧刚度外调节件相连接，所述弹簧刚度外调节件与基座相连接。