CN214315088U - 一种大行程压电惯性驱动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大行程压电惯性驱动平台，属于精密机械领域。包括底座、滑动导轨、质量块、压电元件、惯性机构、柔性铰链、滑动平台。压电元件基于压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为动能，利用惯性原理驱动质量块运动；利用柔性铰链的时滞效应，使附加质量块产生二次惯性运动，提高惯性平台的单步行程。惯性机构包含柔性结构和质量结构，产生惯性运动；滑动导轨固定在底座上，运动部分通过螺纹连接固定在滑动平台的下方，滑动平台在导轨内产生滑动，具有运动平稳，结构简单，易于控制，较易实现大行程运动且具有无电磁干扰、结构紧凑、轻巧的特点。目前，在纳米技术、光学仪器、显微操作领域由良好的应用前景。

Description

一种大行程压电惯性驱动平台

技术领域

本实用新型涉及精密机械领域，特别涉及一种大行程压电惯性驱动平台，可用于航空领域、医学器材、显微操作、光学仪器等领域。

背景技术

压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应来控制其机械形变进而输出力和位移的精密驱动技术，具有结构简单、高精确度、高分辨率、抗电磁干扰等特点，在光学器械、纳米技术、医疗器械等领域有重要的应用。压电驱动装置的运动原理种类较多，目前主要有惯性运动原理、尺蠖运动原理、共振原理等，其中惯性运动原理又分为摩擦惯性原理和冲击惯性原理两种，具有结构简单的特点；惯性执行机构因其长距离、超精密和微型化的特点，在显微手术显微镜、半导体制造、精密光学对准等领域得到了广泛的应用。惯性原理由于其驱动特性，需要克服摩擦力使自身产生运动，因此效率与行程会受到一定影响。

综上所述，惯性驱动原理虽然结构简单，但是其行程和效率问题也较为显著，需要对惯性机构的结构进行一些改进，进一步提高行程。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种大行程压电惯性驱动平台，解决上述存在的问题。本实用新型利用惯性驱动原理使机构在压电元件伸长缩短过程中产生运动，并利用柔性铰链的时滞效应使质量块对机构产生惯性冲击，使滑动平台沿着滑动轨道产生滑动，实现了直线大行程运动。本实用新型提出的大行程压电惯性驱动平台具有行程长、成本低、控制简单、定位精度高、效能优化等特点。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种大行程压电惯性驱动平台，利用惯性驱动原理和柔性铰链的时滞效应增加单步行程；包括底座1、滑动轨道2、惯性机构3、压电元件4、柔性铰链5、质量块6、滑动平台7；惯性机构3包括柔性结构和质量结构，惯性机构3带有两个安装位置固定柔性铰链并通过螺纹连接固定在滑动平台7的下方；工作过程中受到电信号的作用，压电元件4驱动惯性机构3产生惯性运动，带动滑动平台7在滑动轨道2上滑动。

所述压电元件4经过预紧后安装在惯性机构3的安装槽中，受到电信号的激励作用产生缓慢伸长快速收缩的形变，通过惯性机构3的柔性结构将形变传递于惯性机构3的质量结构上，质量结构由于惯性继续向前带动惯性机构3整体产生向前运动。

所述柔性铰链5一端连接惯性机构3另一端连接质量块6，将惯性机构3的惯性运动传递给另一端的质量块6；由于柔性铰链自身形变所产生的时滞效应，惯性结构3所产生的惯性运动将在一定延迟后传递于质量块6；质量块6的动能对机构产生惯性冲击，使惯性机构3产生额外的行程。

所述滑动轨道2固定在底座1上，滑动平台7在滑动轨道2滑动，滑动平台7下部带有螺纹孔用以安装惯性机构3，通过周期性的电信号激励将累积正向位移使滑动平台7产生宏观的直线运动。

本实用新型的有益效果在于：利用柔性铰链的时滞效应实现惯性运动，提高了单步行程。结构紧凑、成本低、控制简单、无电磁干扰，在光学仪器、医疗器械、显微操作领域有很好的应用前景。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的总体结构示意图

图2为本实用新型的惯性结构示意图

图3为本实用新型的柔性铰链示意图

图4为本实用新型的运动原理图

图5为本实用新型驱动电信号图

图中：1、底座；2、滑动轨道；3、惯性机构；4、压电元件；5、柔性铰链；6、质量块；7、滑动平台；31、柔性结构；32、质量结构。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1、图4所示，本实用新型涉及一种大行程压电惯性驱动平台，属于精密机械领域。包括底座、滑动导轨、质量块、压电元件、惯性机构、柔性铰链、滑动平台。压电元件基于压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为动能，利用惯性原理驱动质量块运动；利用柔性铰链的时滞效应，使附加质量块产生二次惯性运动，提高惯性平台的单步行程。惯性机构包含柔性结构和质量结构，产生惯性运动；滑动导轨固定在底座上，运动部分通过螺纹连接固定在滑动平台的下方，滑动平台在导轨内产生滑动，具有运动平稳，结构简单，易于控制，较易实现大行程运动且具有无电磁干扰、结构紧凑、轻巧的特点。目前，在纳米技术、光学仪器、显微操作领域由良好的应用前景。

参见图1、图4所示，本实用新型一种大行程压电惯性驱动平台，利用惯性驱动原理和柔性铰链的时滞效应增加单步行程，包括：底座、滑动轨道、惯性机构、压电元件、柔性铰链、质量块、滑动平台。

所述惯性机构3包括柔性结构和质量结构，惯性机构3带有两个安装位置固定柔性铰链并通过螺纹连接固定在滑动平台7的下方；工作过程中受到电信号的作用，压电元件4驱动惯性机构3产生惯性运动，带动滑动平台7在滑动轨道2上滑动。

所述压电元件4经过预紧后安装在惯性机构3的安装槽中，受到电信号的激励作用产生缓慢伸长快速收缩的形变，通过惯性机构3的柔性结构将形变传递于惯性机构3的质量结构上，质量结构由于惯性继续向前带动惯性机构3整体产生向前运动。

所述柔性铰链5一端连接惯性机构3另一端连接质量块6，将惯性机构3的惯性运动传递给另一端的质量块6。由于柔性铰链自身形变所产生的时滞效应，惯性结构3所产生的惯性运动将在一定延迟后传递于质量块6；质量块6的动能对机构产生惯性冲击，使惯性机构3产生额外的行程。

所述滑动轨道2固定在底座1上，滑动平台7在滑动轨道2滑动，滑动平台7下部带有螺纹孔用以安装惯性机构3，通过周期性的电信号激励将累积正向位移使滑动平台7产生宏观的直线运动。

参见图2所示，惯性机构由柔性结构31，质量结构32组成；压电元件4的形变经柔性结构31传递至质量结构32，引起惯性运动。

参见图3所示，柔性铰链5的受力形变部分为圆弧，有效的降低了结构的刚性，并提供了形变空间用以传递压电元件3产生的运动。

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种大行程压电惯性驱动平台，其特征在于：利用惯性驱动原理和柔性铰链的时滞效应增加单步行程；包括底座(1)、滑动轨道(2)、惯性机构(3)、压电元件(4)、柔性铰链(5)、质量块(6)、滑动平台(7)；惯性机构(3)包括柔性结构和质量结构，惯性机构(3)带有两个安装位置固定柔性铰链并通过螺纹连接固定在滑动平台(7)的下方；工作过程中受到电信号的作用，压电元件(4)驱动惯性机构(3)产生惯性运动，带动滑动平台(7)在滑动轨道(2)上滑动；

所述压电元件(4)经过预紧后安装在惯性机构(3)的安装槽中，受到电信号的激励作用产生缓慢伸长快速收缩的形变，通过惯性机构(3)的柔性结构将形变传递于惯性机构(3)的质量结构上，质量结构由于惯性继续向前带动惯性机构(3)整体产生向前运动；

所述柔性铰链(5)一端连接惯性机构(3)另一端连接质量块(6)，将惯性机构(3)的惯性运动传递给另一端的质量块(6)；由于柔性铰链自身形变所产生的时滞效应，惯性机构(3)所产生的惯性运动将在一定延迟后传递于质量块(6)；质量块(6)的动能对机构产生惯性冲击，使惯性机构(3)产生额外的行程；

所述滑动轨道(2)固定在底座(1)上，滑动平台(7)在滑动轨道(2)滑动，滑动平台(7)下部带有螺纹孔用以安装惯性机构(3)，通过周期性的电信号激励将累积正向位移使滑动平台(7)产生宏观的直线运动。

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