CN104868781A - 一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括基座、滑动装置、导轨、摩擦振子以及振子驱动源，所述导轨安装在所述基座的两边，所述摩擦振子安装在所述基座上且为柔性铰链机构，所述滑动装置包括滑块和滑台，所述滑台通过所述导轨安装在所述摩擦振子上方，所述滑块通过预紧力调整结构安装在所述滑台的上方，并且所述滑块底部与摩擦振子相互接触产生摩擦力，所述预紧力调整结构包括提供预紧力的调整螺栓和压力弹簧，所述振子驱动源安装在所述基座和所述摩擦振子之间，向摩擦振子提供驱动力。本发明极大简化了运动平台预紧力的调整方式，便于加工和装配，进而有效提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的输出性能。

Description

一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台

技术领域

本发明属于精密运动技术领域，具体涉及了一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台。

背景技术

具有纳米级运动分辨率，又具有毫米级运动行程的跨尺度精密运动技术是目前微驱动领域中的关键技术，已经运用到许多重要的科学工程领域中。由于粘滑驱动相对于其他类跨尺度运动驱动方式的驱动原理简单、方便、控制简单，且具有分辨率高、运动范围大、结构简单、精确定位和易微小化等优点，因此基于粘滑驱动原理的装备是目前跨尺度驱动设备中应用较多的一种。粘滑驱动的工作原理主要是以摩擦力作为驱动源，利用锯齿形电压激励压电振子的不对称振动所形成的动静摩擦力之间的差异来实现被驱动体的微小移动，通过多次重复激励从而实现被驱动体最终的跨尺度精密运动。而在粘滑驱动中，摩擦力的调整是其中尤为关键的环节。

目前根据摩擦力的预紧结构和调整方式的不同，粘滑驱动跨尺度精密运动平台主要分为机械公差配合式粘滑驱动跨尺度精密运动平台、永磁预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台以及上下弹簧预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台等。其中，机械公差配合式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，相关的公开技术有公开号为WO2008/052785A1、WO2007/022764A1、DE102006052175A1等专利，其工作原理通过机械公差配合使得摩擦振子和被驱动物体之间紧密接触从而实现摩擦力的预紧，通常该摩擦力的预紧没有其他的调整机构，主要是依靠机械公差调整和摩擦界面的调整实现摩擦力调整。其中，永磁预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，相关的公开技术有公开号为WO2004077584A1、US2005284817A1等专利，其工作原理主要是利用三条压电晶体驱动腿来进行运动平台的支撑，依靠双圆柱体并列方式进行导向，其中摩擦预紧力的调整主要依靠在基座上安装永磁体，而运动输出平台同样采用磁体材料，通过磁体之间的磁吸力将压电晶体驱动腿的运动传递给运动平台，从而实现粘滑驱动跨尺度精密运动。而上下弹簧预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，相关的公开技术有公开号或专利号为WO2009043421A1、US6940210B2、US7579752B2、US20080148589A1等专利，其工作原理主要是将运动平台分为上下两部分，通过拉力弹簧来实现上下部分与摩擦振子之间摩擦力的调整，拉力弹簧通过螺纹结构进行调整其长度，从而实现预紧力的调整，其导向是依靠菱形摩擦面来实现，其摩擦预紧力的调整范围较小，较难适应摩擦界面的微小差异。

上述三种粘滑驱动跨尺度精密运动平台虽然在摩擦力的预紧结构和调整方式上虽然不同，但其摩擦力的预紧结构和调整方式均设置地过为复杂，均会使摩擦力调节受限，同时这些方案均对摩擦界面的加工精度要求较高，从而导致对粘滑驱动平台的加工和装配精度要求较高，最终影响跨尺度精密运动平台的运动精度和一致性。因此这些方案在保证粘滑驱动跨尺度运动平台大批量生产时存在工艺复杂和成本高等许多问题。

因此，有必要找到一种结构精简、输出性能强大、精密度高的跨尺度精密运动平台。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，极大的简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配，进而有效的改善了粘滑驱动跨尺度定位平台的输出性能，从而提高了粘滑驱动跨尺度定位平台的运动精度和一致性，适合产业化，大批量生产。

一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，包括基座、滑动装置、导轨、摩擦振子以及振子驱动源，所述导轨安装在所述基座的两边，所述摩擦振子安装在所述基座上且为柔性铰链机构，所述滑动装置包括滑块和滑台，所述滑台通过所述导轨安装在所述摩擦振子上方，所述滑块通过预紧力调整结构安装在所述滑台的上方，并且所述滑块底部与摩擦振子相互接触产生摩擦力，所述预紧力调整结构包括提供预紧力的调整螺栓和压力弹簧，所述振子驱动源安装在所述基座和所述摩擦振子之间，向摩擦振子提供驱动力。

优选地，所述滑块的横截面为T型，滑块上端两侧对称设置了两个通孔用于安装所述调整螺栓，所述滑块突出部分与所述摩擦振子相互接触形成摩擦力。

优选地，所述滑台截面为[型，滑台上设有两个通孔，用于安装调整螺栓，所述滑块两侧向下凸出形成两个侧翼，与所述双列交叉滚柱导轨通过固定螺栓连接，且有一个侧翼外侧设有调节导轨安装的螺纹孔。

优选地，所述调节螺栓贯穿所述滑块、滑台和压力弹簧。

优选地，所述调整螺栓和压力弹簧数量分别为两个，且以所述摩擦振子为中心分布设置在所述滑台的两侧。

优选地，所述导轨为双列交叉滚柱导轨，所述双列交叉滚柱导轨通过固定螺栓安装在基座上，所述滑台沿所述双列交叉滚柱导轨滑动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提出在滑块与滑台之间设有提供滑块与摩擦振子之间预紧力的调整机构，同时滑块与摩擦振子之间产生摩擦力，该预紧力调整机构通过调整滑块底部与摩擦振子之间的预紧力，使得滑块与摩擦振子之间的能够有效的实现粘滑驱动效应，即将摩擦振子受到与时间成锯齿波形的驱动力，经过滑块与摩擦振子之间的摩擦力变化传递给滑块，最终实现滑块的跨尺度粘滑精密驱动，因此本发明极大的简化了运动平台的预紧力调整方式，且预紧力调整范围大，不受限制，进而有效的提高的粘滑驱动跨尺度精密运动平台的性能，确保了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动性能和一致性，适合批量生产；

(2)在上述基础上，本发明进一步优化，预紧力调整机构采用调整螺栓和压力弹簧，通过调节调整螺栓，使得压力弹簧收缩，从而调整了滑块与摩擦振子之间的预紧力，进而实现了对滑块与摩擦振子之间摩擦力大小的调整，使得运动平台不会因为滑块负载变化而引起摩擦力变化，同时通过该预紧力调整机构使得滑块与滑台之间紧螺栓连接，使得滑台和滑块固连在一起因此不会对运动平台造成回程误差，进一步确保了运动平台的运动精度；同时利用双列交叉滚柱导轨作为导向机构，提高了运动平台的稳定性和精确；进一步优化，本发明提出由平行板柔性铰链和横梁部构成的摩擦振子，其中平行板柔性铰链可以对横梁部起导向和辅助恢复作用，并且在平行板柔性铰链的保护下，运动平台只完成滑块运动方向时的运动，避免了其他任意运动方向上的运动，以及外力破坏，从而有效的提高了整个运动平台的动力学性能，改善平台的动态响应特性；

(3)本发明提供的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，极大简化了运动平台预紧力的调整方式，便于加工和装配，进而有效提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的输出性能，可简单有效确保粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动精度和一致性，适合批量生产化，非常适合在如微纳操作、微小型机器人、生物微操作、数码产品以及精密驱动***等具有结构微型化、大范围精确定位要求的各个领域中应用。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台的一个优选实施方式的立体结构示意图；

图2为本发明一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台的一个优选实施方式的主视图；

图3为本发明一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台的一个优选实施方式的仰视图；

图4为发明中基座的立体结构示意图。

其中：

1、滑块；  2、滑台；

3、导轨；  31和32、双列交叉滚柱导轨左、右挡板；  33和35、双列交叉滚柱导轨的右、左导轨；  34和36、双列交叉滚柱导轨的左、右保持架；

4、基座；  41、基座体；  42、摩擦振子；  421和422、平行板柔性铰链；  43、横梁；  44、摩擦块；

5、叠堆型压电陶瓷；  6、紧定螺钉；  7、调整螺栓；

8、压力弹簧；  9、双列交叉滚柱导轨的调节螺栓

具体实施方式

本发明公开了一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，极大的简化了预紧机构和调整方式，便于加工和装配，进而有效的改善了粘滑驱动跨尺度定位平台的输出性能，从而提高了粘滑驱动跨尺度定位平台的运动精度和一致性，适合产业化，大批量生产。

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：包括基座4、滑动装置、导轨3、摩擦振子42以及振子驱动源。

其中，如图1～图3所示，所述导轨3安装在所述基座4上，优选地，该导轨3为双列交叉滚柱导轨(33和35)，所述双列交叉滚柱导轨(33和35)通过固定螺栓安装在基座4上，所述滑动装置沿所述双列交叉滚柱导轨滑动。

如图1～图3所示，所述摩擦振子42安装在所述基座上且为柔性铰链机构。该柔性铰链机构优选包括固定在上述基座上的平行板柔性铰链(421和422)，该平行板柔性铰链(421和422)之间具有横梁43部分。横梁43部分上凸台较小，避免应力损害。

所述滑动装置包括滑块1和滑台2，其中，滑台2通过导轨3安装在上述摩擦振子42上方，滑块1通过预紧力调整结构安装在所述滑台2的上方，并且所述滑块1底部与摩擦振子42相互接触产生摩擦力。上述预紧力调整结构包括提供预紧力的调整螺栓7和压力弹簧8，该调整螺栓7贯穿滑块1、滑台2和压力弹簧8，通过调节所述调整螺栓7从而调节压力弹簧8的长度，最终调节所述预紧力的大小。作为本发明的一种优选实施方式，上述调整螺栓7和压力弹簧8数量分别为两个，且以所述摩擦振子42为中心分布设置在滑台2的两侧，同时所述压力弹簧8嵌套在所述调整螺栓7中。所述滑块1可以根据不同的用途设计成不同的结构，以提高该定位平台的适用性。

如图1和图2所示，作为本发明的优选实施方式，上述滑台2截面为[型(底朝上，开口朝下)，滑台2上设有两个通孔，用于安装调整螺栓7，所述滑块1两侧向下凸出形成两个侧翼，与所述双列交叉滚柱导轨(33和35)通过固定螺栓连接，且有一个侧翼外侧设有调节导轨安装的螺纹孔；所述滑块1的横截面为T型，滑块1上端两侧对称设置了两个通孔用于安装所述调整螺栓7，所述滑块1突出部分与所述摩擦振子42相互接触形成摩擦力。

所述振子驱动源安装在上述基座4与摩擦振子42之间，向摩擦振子42提供驱动力。振子驱动源包括叠堆型压电陶瓷5和驱动电源，所述叠堆型压电陶瓷5和驱动电源通过导线连接。其中，叠堆型压电陶瓷5一端通过紧定螺钉固定在基座4上，另外一端与所述摩擦振子42接触，提供动力。

本发明提出在滑块1与滑台2之间设有提供滑块1与摩擦振子42之间预紧力的调整机构，同时滑块1与摩擦振子42之间产生摩擦力，该预紧力调整机构通过调整滑块1底部与摩擦振子42之间的预紧力，使得滑块1与摩擦振子42之间的能够有效的实现粘滑驱动效应，即将摩擦振子42受到与时间成锯齿波形的驱动力，经过滑块1与摩擦振子42之间的摩擦力变化传递给滑块1，最终实现滑块1的跨尺度粘滑精密驱动，因此本发明极大的简化了运动平台的预紧力调整方式，且预紧力调整范围大，不受限制，进而有效的提高的粘滑驱动跨尺度精密运动平台的性能，确保了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动性能和一致性，适合批量生产。

在上述基础上，本发明进一步优化，预紧力调整机构采用调整螺栓7和压力弹簧8，通过调节调整螺栓7，使得压力弹簧8收缩，从而调整了滑块1与摩擦振子42之间的预紧力，进而实现了对滑块1与摩擦振子42之间摩擦力大小的调整，使得运动平台不会因为滑块1负载变化而引起摩擦力变化，同时通过该预紧力调整机构使得滑块1与滑台2之间紧螺栓连接，使得滑台1和滑块2固连在一起因此不会对运动平台造成回程误差，进一步确保了运动平台的运动精度；同时利用双列交叉滚柱导轨(33和35)作为导向机构，提高了运动平台的稳定性和精确；进一步优化，本发明提出由平行板柔性铰链(421和422)和横梁43部构成的摩擦振子42，其中平行板柔性铰链(421和422)可以对横梁43部起导向和辅助恢复作用，并且在平行板柔性铰链(421和422)的保护下，滑台2只完成滑块1运动方向时的运动，避免了其他任意运动方向上的运动，以及外力破坏，从而有效的提高了整个运动平台的动力学性能，改善平台的动态响应特性。

综合以上所述内容，本发明提供的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，极大简化了运动平台预紧力的调整方式，便于加工和装配，进而有效提高了粘滑驱动跨尺度精密运动平台的输出性能，可简单有效确保粘滑驱动跨尺度精密运动平台的运动精度和一致性，适合批量生产化，非常适合在如微纳操作、微小型机器人、生物微操作、数码产品以及精密驱动***等具有结构微型化、大范围精确定位要求的各个领域中应用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：包括基座、滑动装置、导轨、摩擦振子以及振子驱动源，所述导轨安装在所述基座的两边，所述摩擦振子安装在所述基座上且为柔性铰链机构，所述滑动装置包括滑块和滑台，所述滑台通过所述导轨安装在所述摩擦振子上方，所述滑块通过预紧力调整结构安装在所述滑台的上方，并且所述滑块底部与摩擦振子相互接触产生摩擦力，所述预紧力调整结构包括提供预紧力的调整螺栓和压力弹簧，所述振子驱动源安装在所述基座和所述摩擦振子之间，向摩擦振子提供驱动力。

2.根据权利要求1所述的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述滑块的横截面为T型，滑块上端两侧对称设置了两个通孔用于安装所述调整螺栓，所述滑块突出部分与所述摩擦振子相互接触形成摩擦力。

3.根据权利要求1所述的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述滑台截面为[型，滑台上设有两个通孔，用于安装调整螺栓，所述滑块两侧向下凸出形成两个侧翼，与所述双列交叉滚柱导轨通过固定螺栓连接，且有一个侧翼外侧设有调节导轨安装的螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述调节螺栓贯穿所述滑块、滑台和压力弹簧。

5.根据权利要求3所述的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述调整螺栓和压力弹簧数量分别为两个，且以所述摩擦振子为中心分布设置在所述滑台的两侧。

6.根据权利要求1所述的上部预紧式粘滑驱动跨尺度精密运动平台，其特征在于：所述导轨为双列交叉滚柱导轨，所述双列交叉滚柱导轨通过固定螺栓安装在基座上，所述滑台沿所述双列交叉滚柱导轨滑动。