CN109921680A - 一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器 - Google Patents

Abstract

一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，它涉及一种直线驱动器，它包括驱动机构、移动平台和底座；所述驱动机构包括驱动足、驱动单元、预压力控制单元和支架；驱动单元与预压力控制单元固接，预压力控制单元与支架固接，驱动单元与支架固接，驱动单元与驱动足固接，支架安装在移动平台上并能随移动平台移动，移动平台安装在底座上。本发明结构紧凑，易于安装，有效减少了动子和定子在回退阶段的摩擦，提高运行速度，还可降低动子与定子接触界面的磨损。

Description

一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器

技术领域

本发明涉及一种直线驱动器，特别涉及一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器。

背景技术

随着我国微纳米技术的迅猛发展，研究的对象不断细化，对驱动源的精度、行程、体积等方面提出更高的要求，具有微纳米定位精度的压电驱动器成为理想的驱动源。其中压电粘滑驱动器是以摩擦力为动力，在锯齿驱动电压信号的激励下，利用压电振子的不对称振动所造成的静动摩擦力之间的差异，驱动物体产生微小位移。在精密加工、微机器人、跨尺度精密定位等方面有广泛的应用前景。但是，现有的压电驱动器驱动阶段的回退位移较大，驱动器运行速度较低，并存在动子和定子接触界面磨损。

发明内容

本发明是为克服现有技术的不足，提供一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，该驱动器结构紧凑，易于安装，有效减少了动子和定子在回退阶段的相对滑动，提高运行速度，还可降低动子与定子接触界面的磨损。

本发明的技术方案是：

一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，它包括驱动机构、移动平台和底座；所述驱动机构包括驱动足、驱动单元、预压力控制单元和支架；

驱动单元与预压力控制单元固接，预压力控制单元与支架固接，驱动单元与支架固接，驱动单元与驱动足固接，支架安装在移动平台上并能随移动平台移动，移动平台安装在底座上，导轨设置在底座上，驱动足受驱动单元和预压力控制单元控制能与导轨接触和分离，导轨由驱动足驱动。

进一步地，驱动单元包括上三角放大机构以及安装在上三角放大机构内的上压电叠堆；预压力控制单元包括下三角放大机构以及安装在下三角放大机构内的下压电叠堆，所述上压电叠堆竖向设置，下压电叠堆水平设置；下三角放大机构与支架固接，上三角放大机构与支架固接，驱动足与上三角放大机构固接。

进一步地，上三角放大机构通过柔性杆与支架固接。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明利用两个压电叠堆执行单元，一个是驱动单元用来驱动导轨运动，另一个是预紧力控制单元，用来控制预紧力的大小。在驱动单元的压电叠堆缓慢伸长阶段，预压力控制单元的压电叠堆断电，驱动足驱动导轨运动；在驱动单元的压电叠堆快速回缩阶段，预压力控制单元的压电叠堆通电伸长，驱动足与导轨脱离，预紧力为零或残余少量预紧力，动子无回退或有少量回退。预压力控制单元布置在驱动单元下部，驱动单元通过柔性杆与底座相连，结构紧凑、易于安装，减少了导轨(动子)和驱动足(定子)在回退阶段的摩擦，不仅能有效减小驱动器的回退位移，提高运行速度，还可降低动子与定子接触界面的磨损，在精密驱动与定位等领域具有广阔的应用前景。

在驱动阶段保持一定的预压力，使接触界面具有较大的静摩擦力，驱动导轨运动；在驱动足回退阶段降低，使驱动足与导轨脱离或少许接触，驱动足与导轨几乎无摩擦，不产生回退位移或少量回退，大幅降低驱动足与导轨接触界面的磨损，提高驱动器的运行速度和寿命。可减小驱动器的回退位移60％以上，提高运行速度40％以上。

附图说明

图1为一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器的结构图；

图2为图1中的驱动机构的结构示意图；

图3为上压电叠堆和下压电叠堆的驱动电压的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器包括驱动机构、移动平台5和底座8；所述驱动机构1包括驱动足11、驱动单元12、预压力控制单元15和支架16；

驱动单元12与预压力控制单元15固接，预压力控制单元与支架16固接，驱动单元12与支架16固接，驱动单元12与驱动足11固接，支架16安装在移动平台5上并能随移动平台5移动，移动平台5安装在底座8上，导轨9设置在底座8上，驱动足11受驱动单元12和预压力控制单元15控制能与导轨8接触和分离，导轨8由驱动足11驱动。

参见图2所示，驱动单元12包括上三角放大机构121以及安装在上三角放大机构121内的上压电叠堆122；预压力控制单元15包括下三角放大机构151以及安装在下三角放大机构151内的下压电叠堆152，所述上压电叠堆122竖向设置，下压电叠堆152水平设置；下三角放大机构151与支架16固接，上三角放大机构121与支架16固接，驱动足11与上三角放大机构121固接。上三角放大机构121和下三角放大机构151均为直圆柔性铰链三角放大机构。

上压电叠堆122和下压电叠堆152的驱动时序(驱动电压波形图)如图3所示。其中A线表示上压电叠堆122缓慢伸长，B线表示上压电叠堆122保持高电平，C线表示上压电叠堆122快速回缩，D线表示下压电叠堆152快速伸长-驱动足与导轨逐渐脱离，E线表示下压电叠堆152保持高电平-驱动足与导轨分离，F线表示下压电叠堆152快速回缩-导轨与驱动足逐渐接触。

如图3所示，驱动过程为：上压电叠堆122缓慢伸长，下压电叠堆152断电，驱动足11驱动导轨9向左运动；上压电叠堆122保持高电平，下压电叠堆152快速伸长，带动驱动单元12向下运动，使驱动足11与导轨9脱离或少许接触；上压电叠堆122快速回缩，下压电叠堆152保持高电平，驱动足11快速向右复位；上压电叠堆122保持低电平，下压电叠堆152快速回缩复位。上压电叠堆122和下压电叠堆152的驱动电压如此反复。

如图2所示，为了适应变形的需要，保证工作可靠，让下压电叠堆152驱动驱动足11能上下运动。上三角放大机构121通过柔性杆14与支架16固接。两个双切口柔性铰链之间布置有与二者连接的柔性杆14，两个双切口柔性铰链分别与支架16和上三角放大机构121固接。双切口柔性铰链为单轴圆形截面双切口柔性铰链。支架16为L形板。

参见图1所示，上压电叠堆122通过旋拧在上三角放大机构121中上预紧螺栓7预紧。进一步地，参见图2所示，上压电叠堆122与上三角放大机构121之间安装有垫片13，上压电叠堆122通过旋拧在上三角放大机构121中的上预紧螺栓7并顶压在垫片13上预紧。

参见图1所示，下压电叠堆152通过旋拧在下三角放大机构151中下预紧螺栓4预紧。进一步地，参见图2所示，下压电叠堆152与下三角放大机构151之间安装有垫片13，下压电叠堆152通过旋拧在下三角放大机构151中的下预紧螺栓4并顶压在垫片13上预紧。

为了保证工作稳定可靠，移动平台5包括滑动平台51、固定平台52、上滑轨53、下滑轨54和螺旋侧微头55；滑动平台51下表面上安装有上滑轨53，固定平台52的上表面加工有与上滑轨53相配合的下滑槽，固定平台52的上表面上安装有下滑轨54，滑动平台51的下表面上加工有与下滑轨54相配合的上滑槽，螺旋侧微头55安装在固定平台52上，滑动平台51由螺旋侧微头55驱动，支架16安装在滑动平台51上。如此设置，通过螺旋侧微头55调整滑动平台51在固定平台52上的运动，实现初始调整驱动足11与导轨9接触。所述导轨9为交叉滚珠导轨，该交叉滚珠导轨中一根轨道是固定的，另一根轨道是受驱动足11驱动而相对所述其中一根轨道运动。上述实施方式中，驱动单元和预压力控制单元一体制成，也即，上三角放大机构121、下三角放大机构151、驱动足11、柔性杆14和支架16一体加工制作，可采用线切割加工制作。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (8)

1.一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：它包括驱动机构、移动平台(5)、底座(8)和导轨(9)；所述驱动机构(1)包括驱动足(11)、驱动单元(12)、预压力控制单元(15)和支架(16)；驱动单元(12)与预压力控制单元(15)固接，预压力控制单元(15)与支架(16)固接，驱动单元(12)与支架(16)固接，驱动单元(12)与驱动足(11)固接，支架(16)安装在移动平台(5)上并能随移动平台(5)移动，移动平台(5)安装在底座(8)上，导轨(9)设置在底座(8)上，驱动足(11)受驱动单元(12)和预压力控制单元(15)控制能与导轨(8)接触和分离，导轨(8)由驱动足(11)驱动。

2.根据权利要求1所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：驱动单元(12)包括上三角放大机构(121)以及安装在上三角放大机构(121)内的上压电叠堆(122)；预压力控制单元(15)包括下三角放大机构(151)以及安装在下三角放大机构(151)内的下压电叠堆(152)，所述上压电叠堆(122)竖向设置，下压电叠堆(152)水平设置；下三角放大机构(151)与支架(16)固接，上三角放大机构(121)与支架(16)固接，驱动足(11)与上三角放大机构(121)固接。

3.根据权利要求2所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：上三角放大机构(121)通过柔性杆(14)与支架(16)固接。

4.根据权利要求2或3所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：上压电叠堆(122)通过旋拧在上三角放大机构(121)中上预紧螺栓(7)预紧。

5.根据权利要求4所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：下压电叠堆(152)通过旋拧在下三角放大机构(151)中下预紧螺栓(4)预紧。

6.根据权利要求5所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：上压电叠堆(122)与上三角放大机构(121)之间安装有垫片(13)，压电叠堆(122)通过旋拧在上三角放大机构(121)中的上预紧螺栓(7)并顶压在垫片(13)上预紧。

7.根据权利要求6所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：下压电叠堆(152)与下三角放大机构(151)之间安装有垫片(13)，下压电叠堆(152)通过旋拧在下三角放大机构(151)中的下预紧螺栓(4)并顶压在垫片(13)上预紧。

8.根据权利要求7所述一种变预紧力的粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：所述移动平台(5)包括滑动平台(51)、固定平台(52)、上滑轨(53)、下滑轨(54)和螺旋侧微头(55)；滑动平台(51)下表面上安装有上滑轨(53)，固定平台(52)的上表面加工有与上滑轨(53)相配合的下滑槽，固定平台(52)的上表面上安装有下滑轨(54)，滑动平台(51)的下表面上加工有与下滑轨(54)相配合的上滑槽，螺旋侧微头(55)安装在固定平台(52)上，滑动平台(51)由螺旋侧微头(55)驱动，支架(16)安装在滑动平台(51)上。