[发明专利]一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器及其驱动方法

说明书

本发明涉及一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器及其驱动方法，属于精密机械领域。驱动器包括基座、滑块、两级放大机构、压电叠堆、楔形块和预紧机构。所述的两级放大机构由结构相似、方向相反的第一级柔性放大机构和第二级柔性放大机构串联而成。压电叠堆得电产生的变形经两级放大机构后实现两次位移放大，转化成了驱动足的正x向位移，通过摩擦力实现滑块的定向驱动。本发明的优点在于：通过新型两级放大机构能有效地提高粘滑式压电驱动器的输出效率，实现在低频条件下的高速驱动。本发明可以用于精密加工，光学仪器，生物工程和航空航天技术等领域。

技术领域

本发明涉及一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器及其驱动方法，属于精密机械领域。本发明解决了低频条件下，粘滑式压电驱动器驱动速度相对较低的问题。可用于集成电路封装、光学聚焦、微/纳米机械测试和微纳操作等领域。

背景技术

压电驱动技术作为精密驱动技术之一，以其精度高、体积小、能耗低、能量密度大且不受电磁干扰等优点受到研究人员的关注，在集成电路封装、微纳操作、超精密加工和生物医学等高尖端领域中被广泛应用。

已有的研究中，研究人员提出了基于不同工作原理的压电驱动器，大体可分为四类：直动式压电驱动器，具有输出精度高、结构简单和响应迅速的优点。但其工作行程较小，无法满足大行程的工作场合；超声型压电驱动器理论上具有无限的工作行程，但定位精度较低，且较高的工作频率往往会造成严重的磨损，导致使用寿命缩短；尺蠖式压电驱动器结构复杂，控制困难，这同样限制了它的发展；粘滑式压电驱动器具有行程大、精度高、结构简单、易于控制的优点，但其驱动速度相对偏低。

对压电驱动器的工作状态进行有效优化，提升粘滑式的驱动速度最容易实现。常用的提速方式主要有：提高驱动频率和使用位移放大机构。但对于粘滑式压电驱动器而言，高频的工作环境同样会带来磨损严重和工作状态不稳定的问题，不仅缩短使用寿命，还很难达到理想的定位精度。而现有的位移放大机构放大比有限，特别是在承受负载后放大比往往会急剧下降，难以满足大步距的需求。因此本发明提出了一种能够显著提升步距的位移放大机构——两级放大机构，解决了粘滑式压电驱动器输出速度相对较低的问题。本发明通过两级放大机构实现了低频条件下的粘滑式压电驱动器的高速运动。

发明内容

为了解决现有粘滑式压电驱动器在低频条件下速度较低的问题，本发明提出了一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器。

本发明为实现上述目的采用的技术方案如下：

一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器，其特征在于：通过两级放大机构的应用，仅采用一个压电叠堆即可实现两次输出位移的放大；驱动器包括基座、滑块、两级放大机构、压电叠堆、楔形块和预紧机构；所述的两级放大机构由固定梁、第一级柔性放大机构、支撑梁、第二级柔性放大机构和驱动足五部分沿着正y向依次串联排布组成；所述的滑块安装于基座凸台一端，用于调节滑块和驱动足之间预紧力的预紧机构固定安装于基座另一端；所述的压电叠堆通过楔形块预紧嵌入到第一级柔性放大机构中并直接作用于支撑梁上；所述的压电叠堆在锯齿形电信号控制下，周期性地缓慢伸长和快速收缩，依据粘滑运动原理实现滑块沿正x向的直线运动。

所述的第一级柔性放大机构是由两个与正x向夹角呈钝角的叶式柔性铰链Ⅰ并联而成的平行四边形导向机构；压电叠堆得电伸长Δy₁时，第一级柔性放大机构受拉伸作用而产生形变，基于寄生运动原理，支撑梁、第二级柔性放大机构和驱动足整体产生正y向位移Δy₁，并附有正x向位移Δx₁。

所述的第二级柔性放大机构是由两个与正x向夹角呈锐角的叶式柔性铰链Ⅱ并联而成的平行四边形导向机构；压电叠堆得电伸长Δy₁时，第二级柔性放大机构受压缩作用而产生形变，驱动足同样会产生一个正x向位移Δx₂。

本发明的另一目的在于提供一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器的驱动方法，包括以下步骤：