CN110829882B - 一种t型压电驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种T型压电驱动装置，包括压电叠堆、T型柔性铰链机构、动子、预紧螺钉、预紧楔块、螺旋测微头和底座。压电叠堆在电压信号驱动下可伸长和恢复，T型柔性铰链机构在压电叠堆的驱动下变形；预紧螺钉和螺旋测微头可调节T型柔性铰链机构和动子间的初始预紧力；底座支撑其他零件。本发明通过压电叠堆驱动T型柔性铰链机构运动可实现双向直线运动。该装置可应用于精密超精密机械加工、微机电***、微操作机器人、大规模集成电路制造、生物技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及精密超精密加工、微纳操作机器人、微机电***程领域，特别涉及一种T型压电驱动装置。
背景技术
具有微/纳米级定位精度的精密驱动技术是超精密加工与测量、光学工程、现代医疗、航空航天科技等高尖端科学技术领域中的关键技术。为实现微/纳米级的输出精度，现代精密驱动技术的应用对驱动装置的精度提出了更高要求。传统的驱动装置输出精度低，整体尺寸大，无法满足现代先进科技技术中精密***对微/纳米级高精度和驱动装置尺寸微小的要求。压电驱动装置具有体积尺寸小、位移分辨率高、输出负载大、能量转换率高等优点，能实现微/纳米级的输出精度，已经越来越多地被应用到微定位和精密超精密加工中，但其工作行程由于受制于单个压电元件的逆压电效应十分有限，大大限制了其应用。因此，有必要设计一种能达到微/纳米定位精度的同时，能实现大工作行程的的压电精密驱动装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种T型压电驱动装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有结构简单紧凑，输出精度高，输出刚度和输出负载大，输出频率高的特点，同时能实现大行程的直线运动输出功能。
本发明利用压电叠堆驱动T型柔性铰链机构的变形推动动子做直线运动。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种T型压电驱动装置，主要包括动子、压电叠堆、预紧楔块、预紧螺钉、螺旋测微头、T型柔性铰链机构和底座，所述精密驱动装置利用压电叠堆驱动T型柔性铰链机构变形实现微纳米级直线驱动。动子采用带有滑块的高精度直线导轨，导轨通过螺钉固定在底座上；T型柔性铰链机构通过螺钉安装在底座上；压电叠堆安装于T型柔性铰链机构内；预紧楔块布置在压电叠堆和T型柔性铰链机构之间，可通过预紧楔块进行预紧；预紧螺钉和螺旋测微头紧固在底座上，T型柔性铰链机构上端弧形结构与动子接触；底座起支撑和安装固定其他零件作用。
所述的T型压电驱动装置，其特征在于压电叠堆得电推动T型柔性铰链机构产生驱动力和预紧力，驱动力推动动子做直线运动，预紧力使T型柔性铰链机构顶紧动子。
所述的T型压电驱动装置，其特征在于动子可采用滚珠直线导轨、滚柱直线导轨、V型槽直线导轨、燕尾槽直线导轨等可实现往返直线运动的机构。
所述的压电叠堆，采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT。
所述的T型柔性铰链机构可采用弹簧钢、高强度铝合金等材料制造，通过薄壁式柔性铰链连接成T型。
本发明的主要优势在于：利用压电叠堆驱动T型柔性铰链机构运动来提供驱动力和预紧力，推动动子做直线运动。该装置具有驱动可靠性高、平稳性好、工作效率高等优势。可应用于精密超精密加工、微操作机器人、微机电***、大规模集成电路制造、生物技术等重要科学工程领域，大大提升微机电***的微动精度，同时改善传统驱动器的结构复杂偏大以及性能不可靠等劣势，应用前景广阔。
附图说明
此处附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的等轴测视示意图；
图2是本发明的正视示意图；
图3是本发明的左视示意图；
图4是本发明的T型柔性铰链机构示意图。
图中：
1.动子； 2.压电叠堆I； 3.预紧楔块I；
4.压电叠堆II； 5.预紧楔块II； 6.T型柔性铰链机构；
7.预紧螺钉； 8.底座； 9.螺旋测微头；
10.压电叠堆III； 11.预紧楔块III。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图4所示，一种T型压电驱动装置，主要包括动子(1)、压电叠堆I(2)、预紧楔块I(3)、压电叠堆II(4)、预紧楔块II(5)、T型柔性铰链机构(6)、预紧螺钉(7)、底座(8)、螺旋测微头(9)、压电叠堆III(10)、预紧楔块III(11)。动子(1)采用带有滑块的高精度直线导轨，导轨通过螺钉固定在底座(8)上；T型柔性铰链机构(6)通过螺钉安装在底座(8)上；压电叠堆I(2)、压电叠堆II(4)、压电叠堆III(10)安装于T型柔性铰链机构(6)内，预紧楔块I(3)、预紧楔块II(5)、预紧楔块III(11)分别布置在压电叠堆和T型柔性铰链机构(6)之间，可实现初始预紧；预紧螺钉(7)紧固在底座(8)上，通过预紧螺钉(7)和螺旋测微头(9)可调节T型柔性铰链机构(6)与动子(1)之间的初始预紧力；T型柔性铰链机构(6)上端弧形结构与动子(1)接触；底座(8)起支撑和安装固定其他零件作用，动子(1)和T型柔性铰链机构(6)通过螺钉安装在底座(8)上。
所述的压电叠堆I(2)和压电叠堆II(4)得电推动T型柔性铰链机构(6)产生驱动力和预紧力，驱动力推动动子(1)做直线运动，预紧力使T型柔性铰链机构(6)顶紧动子(1)。
所述的动子(1)可采用滚珠直线导轨、滚柱直线导轨、V型槽直线导轨、燕尾槽直线导轨等可实现往返直线运动的机构。
所述的压电叠堆I(2)、压电叠堆II(4)和压电叠堆III(10)，采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT制作。
所述的T型柔性铰链机构(6)可采用弹簧钢、高强度铝合金等材料制造，通过薄壁式柔性铰链连接成T型。
参见图1至图4所示，本发明的具体工作过程如下：
动子(1)直线运动的实现，初始状态：调节预紧螺钉(7)和螺旋测微头(9)来调节T型柔性铰链机构(6)与动子(1)间的初始预紧力。采用方波形式的压电信号控制压电叠堆I(2)和压电叠堆II(4)。压电叠堆I(2)和压电叠堆II(4)不带电，***处于自由状态；当压电叠堆I(2)和压电叠堆II(4)通电后，通过逆压电效应伸长，驱动T型柔性铰链机构(6)运动，提供预紧力和驱动力，压电叠堆II(4)驱动T型柔性铰链机构(6)压紧动子(1)，压电叠堆I(2)驱动T型柔性铰链机构(6)带动动子(1)移动；当压电叠堆I(2)和压电叠堆II(4)失电迅速回退至初始位置时，T型柔性铰链机构(6)也回复初始状态，动子(1)在惯性力的作用下仍然保持在移动后的位置，从而完成了该驱动装置沿某一方向直线运动的一个运动周期。重复上述步骤，该驱动装置可实现沿某一方向的步进式大行程直线运动，获得较大的输出位移。在压电叠堆III(10)和压电叠堆II(4)上加载同样电压，重复上述步骤，可以实现沿相反方向的步进式大行程直线运动。
本发明涉及的一种T型压电驱动装置，采用了压电叠堆作为驱动源及T型柔性铰链机构作为动力传递元件，具有发热小、驱动平稳、可靠、高效的特点，并能实现步进式大行程直线精密驱动。
Claims (3)
1.一种T型压电驱动装置，包括压电叠堆、T型柔性铰链机构、动子、预紧螺钉、预紧楔块、螺旋测微头和底座，其特征在于：所述驱动装置利用压电叠堆驱动T型柔性铰链机构变形实现微纳米级直线驱动，所述T型柔性铰链机构通过薄壁式柔性铰链连接成T型，所述压电叠堆包括与动子运动方向平行设置的压电叠堆I、压电叠堆III和与动子运动方向垂直设置的压电叠堆II；
动子采用带有滑块的高精度直线导轨，导轨通过螺钉固定在底座上，可实现高精度的往返直线运动；T型柔性铰链机构通过螺钉安装在底座上；压电叠堆安装于T型柔性铰链机构内，通过预紧楔块进行预紧；
初始状态：调节预紧螺钉和螺旋测微头来调节T型柔性铰链机构与动子间的初始预紧力；
采用方波形式的压电信号控制压电叠堆I和压电叠堆II，压电叠堆I和压电叠堆II不带电，***处于自由状态；当压电叠堆I和压电叠堆II通电后，通过逆压电效应伸长，驱动T型柔性铰链机构运动，提供预紧力和驱动力，压电叠堆II驱动T型柔性铰链机构压紧动子，压电叠堆I驱动T型柔性铰链机构带动动子移动；当压电叠堆I和压电叠堆II失电迅速回退至初始位置时，T型柔性铰链机构也回复初始状态，动子在惯性力的作用下仍然保持在移动后的位置，从而完成该驱动装置沿某一方向直线运动的一个运动周期；重复上述步骤，该驱动装置可实现沿某一方向的步进式大行程直线运动，获得输出位移；
在压电叠堆III和压电叠堆II上加载同样电压，重复上述步骤，可以实现沿相反方向的步进式大行程直线运动。
2.根据权利要求1所述的T型压电驱动装置，其特征在于：T型柔性铰链机构可采用弹簧钢、高强度铝合金材料制造。
3.根据权利要求1所述的T型压电驱动装置，其特征在于：动子可采用滚珠直线导轨、滚柱直线导轨、V型槽直线导轨、燕尾槽直线导轨可实现往返直线运动的机构。
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