[发明专利]能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器

说明书

本发明为一种能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器，包括压电驱动部、滑块移动部和支撑部，压电驱动部包括剪切压电堆叠和压电双晶片，剪切压电堆叠的底部能与压电双晶片的顶面抵靠；滑块移动部包括滑块，剪切压电堆叠的顶部能与滑块的底面抵靠，剪切压电堆叠能产生剪切力以带动滑块移动或相对滑块移动；且压电双晶片能下弯使剪切压电堆叠下移脱离所述滑块的底部。本发明利用剪切压电堆叠的逆压电效应产生微小形变和力，压电双晶片能产生垂直方向的位移，在“粘”阶段压电驱动部驱动滑块移动部，在“滑”阶段使压电驱动部和滑块移动部产生“分离”，从而避免整个运动过程出现位移回退的现象，提高运动精度与系统稳定性。

技术领域

本发明涉及精密压电驱动器，尤其涉及一种能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器，可用于精密加工与测量、生物工程、光学工程等领域。

背景技术

压电驱动器是一种利用压电材料的逆压电效应，在电信号激励下，实现较小范围内的微位移输出与合适的输出力或转矩。压电材料作为驱动元件，具有定位精度高、响应频率快、控制特性好、能量密度大、不受电磁干扰等特性。惯性压电驱动器的工作原理是利用压电致动器变形产生的惯性力和摩擦力。动子和定子之间摩擦力和惯性力的循环转换通过粘滑原理提供更高分辨率的步进运动。按工作原理可以分为冲击型惯性压电驱动器和粘滑型惯性压电驱动器(摩擦型压电驱动器)。粘滑型压电驱动器利用“粘-滑”制动原理，通常可以利用锯齿波激励信号，即可实现惯性驱动过程，改变激励信号的频率与幅值可以改变驱动器的运行速度。

现有的技术主要利用压电堆叠或压电双晶片其中之一作为驱动元件，利用柔性铰链作为运动放大机构，实现微小位移与力的输出。惯性粘滑型压电驱动器利用压电材料作为驱动元件，利用电能—机械能转换形成惯性冲击力，从而产生运动。驱动机构由动子、定子组成，其中定子由压电材料直接或间接驱动。

惯性粘滑型压电驱动器的驱动原理导致其存在运动回退的问题，回退现象会直接影响驱动器的定位精度和稳定性，限制了此类驱动器在细胞操作、精密加工等领域的应用。

目前，在抑制粘滑类压电驱动器的回退现象方面的现有技术可以总结为以下几种：

(1)通过协同运动主动抑制回退，缺点是结构及控制较复杂。

(2)通过平衡摩擦力的方式，通过可变摩擦力或可变摩擦系数实现抑制回退，其中可变摩擦系数不易实现，多数为可变摩擦力的形式，降低了驱动器的带载能力。

(3)通过改变激励信号的波形来抑制回退，其中一些波形较复杂，这对驱动电源的功率和频率提出了更高的要求。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器，解决了现有技术中存在的回退问题，本发明利用剪切压电堆叠的逆压电效应产生微小形变和力，压电双晶片能产生垂直方向的位移，在“粘”阶段压电驱动部驱动滑块移动部，在“滑”阶段使压电驱动部和滑块移动部产生“分离”，从而避免整个运动过程出现位移回退的现象，提高运动精度与系统稳定性。

本发明的目的是这样实现的，一种能抑制回退的可分离式惯性粘滑型压电驱动器，包括压电驱动部、滑块移动部和支撑部，所述压电驱动部包括剪切压电堆叠和压电双晶片，所述压电双晶片呈水平设置，所述压电双晶片的第一端固定连接于所述支撑部上，所述压电双晶片的第二端呈悬空设置；所述剪切压电堆叠的底部能与所述压电双晶片的顶面抵靠；所述滑块移动部包括滑块，所述剪切压电堆叠的顶部能与所述滑块的底面抵靠，所述剪切压电堆叠能在压电堆叠驱动电压的作用下产生剪切力以带动所述滑块移动或相对所述滑块移动；且所述压电双晶片能在压电双晶片驱动电压的作用下弯使所述剪切压电堆叠下移脱离所述滑块的底部。