CN109889088B - 基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置 - Google Patents
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Abstract
基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，它涉及一种线性驱动装置。本发明解决现有的压电陶瓷存在驱动运动行程范围小、定位精度低的问题。第一级放大器竖直设置，宏动压电陶瓷竖直设置在第一级放大器内，第二级放大器水平穿装在第一级放大器的中部并通过两个链接块与第一级放大器固接，每个柔性导向器通过一根横梁固装在基座上，每个链接块的上方和下方均设置有一个柔性导向器，柔性导向器的固定端与横梁固装为一体，四个柔性导向器两两相对且平行设置，导向支撑架上设有四个悬臂，导向支撑架的每个悬臂与对应的一个柔性导向器的输出端固定连接，第二级放大器的前侧中部与导向支撑架之间设置有微动压电陶瓷。本发明用于全压电陶瓷大行程线性驱动。
Description
技术领域
本发明涉及一种线性驱动装置，具体涉及一种基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置。
背景技术
压电陶瓷凭借其高刚度、高分辨率、高频响的特点在精密工程领域中得到广泛应用。但是由于压电陶瓷工作原理和工艺水平的限制，其输出位移仅为陶瓷材料总长的0.1％--0.2％，因此常规使用的压电陶瓷堆的最大运动行程一般仅为200um。这严重限制了陶瓷在大行程场合的应用。虽然基于电磁原理的音圈电机和摩擦原理的超声电机可以实现毫米级的行程范围和微米级的定位精度，成为精密工程驱动的选择之一，但是这类直线电机结构复杂，且分辨率和动态性能与压电陶瓷不可相提并论。
综上，现有的压电陶瓷驱动运动行程范围小、定位精度低。
发明内容
本发明为解决现有的压电陶瓷存在驱动运动行程范围小、定位精度低的问题，进而提供一种基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置包括基座1、二级桥式放大器2、光栅位移传感器5、导向支撑架6和四个柔性导向器3，所述基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置还包括微动压电陶瓷4，二级桥式放大器包括第一级放大器2-1、第二级放大器2-2、宏动压电陶瓷2-3和两个链接块2-4，第一级放大器2-1和第二级放大器2-2均为四边形框体结构，第一级放大器2-1竖直设置，宏动压电陶瓷2-3竖直设置在第一级放大器2-1内，第一级放大器2-1的上下端为第一级放大器位移输入端，第一级放大器2-1的两侧中部为第一级放大器位移输出端，第二级放大器2-2的两端为第二级放大器位移输入端，第二级放大器2-2的两侧中部为第二级放大器位移输出端，第一级放大器2-1的两侧中部对称设置有两个链接块2-4，第二级放大器2-2水平穿装在第一级放大器2-1的中部并通过两个链接块2-4与第一级放大器2-1固接，二级桥式放大器侧壁固装在基座1上，每个柔性导向器3通过一根横梁固装在基座1上，每个链接块2-4的上方和下方均设置有一个柔性导向器3，柔性导向器3的固定端与横梁固装为一体，四个柔性导向器3两两相对且平行设置，导向支撑架6上设有四个悬臂，导向支撑架6的每个悬臂与对应的一个柔性导向器3的输出端固定连接，第二级放大器2-2的前侧中部与导向支撑架6之间设置有微动压电陶瓷4，光栅位移传感器5设置在基座1的上部。
在一个实施方案中，第一级放大器2-1和第二级放大器2-2均为矩形结构桥式放大器。
在一个实施方案中，二级桥式放大器的输出位移的分辨率小于微动压电陶瓷4的行程。
在一个实施方案中，柔性导向器3是由多层四边形结构连接而成的弹性簧片结构。
在一个实施方案中，柔性导向器3一端的两侧为柔性导向器3的固定端，柔性导向器3一端的中部为柔性导向器3的输出端。
在一个实施方案中，光栅位移传感器5安装在位于左上方的柔性导向器3的输出端上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置的宏动压电陶瓷输出位移通过第一级放大机构和第二级放大机构后由第二级放大机构输出端输出，实现位移的百倍量级的放大，保证二级放大机构输出的位移可以达到毫米级别；
本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置在二级桥式放大器的输出端安装微动压电陶瓷，微动压电陶瓷的行程大于二级桥式放大器输出位移的分辨率，使得本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置的分辨率等于微动陶瓷片的分辨率；
本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置利用放大机构实现压电陶瓷行程放大的同时，引入微动压电陶瓷，保证线性驱动装置的高分辨率；
本发明设置了柔性导向器，导向器固定端固定在基座上，输出端与二级桥式机构的输出端通过导向支撑架相连，提高线性驱动装置的固有频率，同时增加了线性驱动装置抵抗非运动方向负载的能力。
附图说明
图1是本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置的整体结构立体图；
图2是本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置的整体结构立体分解图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～2所示，本实施方式的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置包括基座1、二级桥式放大器2、光栅位移传感器5、导向支撑架6和四个柔性导向器3，所述基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置还包括微动压电陶瓷4，二级桥式放大器包括第一级放大器2-1、第二级放大器2-2、宏动压电陶瓷2-3和两个链接块2-4，第一级放大器2-1和第二级放大器2-2均为四边形框体结构，第一级放大器2-1竖直设置，宏动压电陶瓷2-3竖直设置在第一级放大器2-1内，第一级放大器2-1的上下端为第一级放大器位移输入端，第一级放大器2-1的两侧中部为第一级放大器位移输出端，第二级放大器2-2的两端为第二级放大器位移输入端，第二级放大器2-2的两侧中部为第二级放大器位移输出端，第一级放大器2-1的两侧中部对称设置有两个链接块2-4，第二级放大器2-2水平穿装在第一级放大器2-1的中部并通过两个链接块2-4与第一级放大器2-1固接，二级桥式放大器侧壁固装在基座1上，每个柔性导向器3通过一根横梁固装在基座1上，每个链接块2-4的上方和下方均设置有一个柔性导向器3，柔性导向器3的固定端与横梁固装为一体，四个柔性导向器3两两相对且平行设置，导向支撑架6上设有四个悬臂，导向支撑架6的每个悬臂与对应的一个柔性导向器3的输出端固定连接，第二级放大器2-2的前侧中部与导向支撑架6之间设置有微动压电陶瓷4，光栅位移传感器5设置在基座1的上部。
本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置是具有毫米级行程、纳米级精度的驱动装置；本发明的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置利用放大机构实现压电陶瓷行程放大的同时，引入微动压电陶瓷，保证线性驱动装置的高分辨率。
为了提高***的固有频率，同时增加驱动器抵抗非运动方向负载的能力，本发明在***中放置了柔性导向器3；柔性导向器3的基本原理是通过弹性簧片组成柔性平行四边形结构，利用小行程下平行四边形机构的平动效应实现导向，为了降低柔性导向器3运动方向的刚度，采用多层四边形的形式。柔性导向器3固定端固定在基座上，柔性导向器3输出端与二级桥式放大器的输出端通过导向支撑架6相连。
具体实施方式二：如图1和图2所示，本实施方式第一级放大器2-1和第二级放大器2-2均为矩形结构桥式放大器。如此设计，宏动压电陶瓷输出位移通过第一级放大机构和第二级放大机构后由第二级放大机构输出端输出，实现位移的百倍量级的放大，保证二级放大机构输出的位移可以达到毫米级别。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图2所示，本实施方式二级桥式放大器的输出位移的分辨率小于微动压电陶瓷4的行程。如此设计，可以使得整个线性驱动装置的分辨率等于微动陶瓷片的分辨率。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式柔性导向器3是由多层四边形结构连接而成的弹性簧片结构。如此设计，可以提高***的固有频率，同时增加线性驱动装置抵抗非运动方向负载的能力，多层四边形结构可以降低柔性导向器3运动方向的刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式柔性导向器3一端的两侧为柔性导向器3的固定端，柔性导向器3一端的中部为柔性导向器3的输出端。如此设计，可以提高***的固有频率，同时增加线性驱动装置抵抗非运动方向负载的能力，同时便于柔性导向器3与导向支撑架6的四个悬臂连接。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：如图1所示，本实施方式光栅位移传感器5安装在位于左上方的柔性导向器3的输出端上。如此设计，结构紧凑，可以实现线性驱动装置的闭环控制，实现线性驱动装置输出位移的实时反馈。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或五相同。
具体实施方式七：如图1和图2所示，本实施方式导向支撑架6包括支撑架主体6-1和四个悬臂6-2，支撑架主体6-1呈工字型，支撑架主体6-1的每个工字型横梁两端上圆弧过渡连接有两个悬臂6-2。如此设计，可以提高***的固有频率，同时增加线性驱动装置抵抗非运动方向负载的能力，同时便于柔性导向器3与导向支撑架6的四个悬臂连接。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，所述基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置包括基座(1)、二级桥式放大器(2)、光栅位移传感器(5)、导向支撑架(6)和四个柔性导向器(3)，其特征在于：所述基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置还包括微动压电陶瓷(4)，二级桥式放大器包括第一级放大器(2-1)、第二级放大器(2-2)、宏动压电陶瓷(2-3)和两个链接块(2-4)，第一级放大器(2-1)和第二级放大器(2-2)均为四边形框体结构，第一级放大器(2-1)竖直设置，宏动压电陶瓷(2-3)竖直设置在第一级放大器(2-1)内，第一级放大器(2-1)的上下端为第一级放大器位移输入端，第一级放大器(2-1)的两侧中部为第一级放大器位移输出端，第二级放大器(2-2)的两端为第二级放大器位移输入端，第二级放大器(2-2)的两侧中部为第二级放大器位移输出端，第一级放大器(2-1)的两侧中部对称设置有两个链接块(2-4)，第二级放大器(2-2)水平穿装在第一级放大器(2-1)的中部并通过两个链接块(2-4)与第一级放大器(2-1)固接，二级桥式放大器侧壁固装在基座(1)上，每个柔性导向器(3)通过一根横梁固装在基座(1)上，每个链接块(2-4)的上方和下方均设置有一个柔性导向器(3)，柔性导向器(3)的固定端与横梁固装为一体，四个柔性导向器(3)两两相对且平行设置，导向支撑架(6)上设有四个悬臂(6-2)，导向支撑架(6)的每个悬臂(6-2)与对应的一个柔性导向器(3)的输出端固定连接，第二级放大器(2-2)的前侧中部与导向支撑架(6)之间设置有微动压电陶瓷(4)，光栅位移传感器(5)设置在基座(1)的上部。
2.根据权利要求1所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：第一级放大器(2-1)和第二级放大器(2-2)均为矩形结构桥式放大器。
3.根据权利要求1或2所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：二级桥式放大器的输出位移的分辨率小于微动压电陶瓷(4)的行程。
4.根据权利要求3所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：柔性导向器(3)是由多层四边形结构连接而成的弹性簧片结构。
5.根据权利要求4所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：柔性导向器(3)一端的两侧为柔性导向器(3)的固定端，柔性导向器(3)一端的中部为柔性导向器(3)的输出端。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：光栅位移传感器(5)安装在位于左上方的柔性导向器(3)的输出端上。
7.根据权利要求6所述的基于全压电陶瓷驱动的线性驱动装置，其特征在于：导向支撑架(6)包括支撑架主体(6-1)和四个悬臂(6-2)，支撑架主体(6-1)呈工字型，支撑架主体(6-1)的每个工字型横梁两端上圆弧过渡连接有两个悬臂(6-2)。
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