移动平台及其驱动结构的制作方法

1.本实用新型涉及移动平台技术领域，特别是涉及一种移动平台及其驱动结构。


背景技术：

2.随着技术的不断发展与更新，对移动平台发挥微观尺寸上的精密操作的需求日益增长，基于压电原理的纳米微驱技术得到了大力发展，目前已广泛运用到医学、科研、航天、生产制造等各个高精尖领域，为人类在微观领域上的实验研究以及产品制造提供了有力的技术支撑。
3.压电陶瓷驱动作为微观操作领域上的基本驱动方式，其利用的是压电陶瓷的逆压电效应，通过给压电陶瓷施加一个电场，使其在电场作用下产生一个微小的膨胀，其膨胀尺度通过精确控制电场可达亚纳米尺度，其膨胀力大，响应快。相对于其他类跨尺度运动驱动方式，粘滑驱动的驱动控制及原理简单、方便，且具有高分辨率、大行程、结构简单、精确定位、负载大和易微型化等优点。
4.虽然，针对粘滑运动的驱动结构多种多样，但仍存在不足之处，例如，无法针对性地对运动速度或步距进行调节。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种移动平台及其驱动结构，以解决如何实现针对性调节运动速度或步距的问题。
6.一方面，本实用新型提供一种驱动结构，包括底座、顶板、压电促动件、惯性体、第一摩擦件、第二摩擦件和预紧件，所述顶板与所述底座滑动连接，所述压电促动件设置于所述惯性体和所述底座之间，并用于驱使所述惯性体相对所述底座移动，所述第一摩擦件与所述顶板相连接，并与所述第二摩擦件相接触，所述第二摩擦件连接于所述惯性体，当所述惯性体在所述压电促动件的驱使下相对所述底座移动的过程中，所述第二摩擦件粘滑传动所述第一摩擦件，使得所述第一摩擦件带动所述顶板移动，所述预紧件用于提供使得所述第二摩擦件抵压所述第一摩擦件的预紧力。
7.在其中一个实施例中，所述惯性体包括基体、2个支撑臂、弹性梁和平板梁，2个所述支撑臂间隔地与所述基体相连接，所述弹性梁和所述平板梁间隔地设置于2个所述支撑臂之间，所述第二摩擦件与所述弹性梁相对固定，所述预紧件与所述平板梁相连接，并与所述弹性梁相接触，所述预紧件用于调节所述平板梁与所述弹性梁之间的间距，以使得所述弹性梁发生弹性形变。
8.在其中一个实施例中，所述弹性梁与2个所述支撑臂和所述基体共同围合形成安装槽，所述第一摩擦件穿设于该所述安装槽，所述第二摩擦件位于所述安装槽内，并与所述第一摩擦件相接触。
9.在其中一个实施例中，所述预紧件包括螺丝，所述平板梁开设有螺孔，所述螺丝与所述螺孔相配合。
10.在其中一个实施例中，所述顶板开设有调节孔，所述调节孔的位置与所述预紧件相对。
11.在其中一个实施例中，所述驱动结构包括2个所述第二摩擦件，2个所述第二摩擦件分别位于所述第一摩擦件的相对两侧，以在2个所述第二摩擦件相互之间距离变小时夹持所述第一摩擦件。
12.在其中一个实施例中，所述第一摩擦件为呈圆柱形的杆状结构，所述第一摩擦件的两端与所述顶板相固定。
13.在其中一个实施例中，包括导轨组件，所述顶板和所述底座通过所述导轨组件滑动连接。
14.在其中一个实施例中，所述顶板的朝向所述底座的一侧设置有第一润滑垫，所述底座的朝向所述顶板的一侧设置有第二润滑垫，所述顶板叠设于所述底座，并使得所述第一润滑垫和所述第二润滑垫相抵接。
15.在其中一个实施例中，所述第一润滑垫和第二润滑垫的至少一个的材质为聚甲醛材料。
16.另一方面，本实用新型提供一种移动平台，包括如上述的驱动结构。
17.上述移动平台及其驱动结构，利用预紧件提供使得第二摩擦件抵压第一摩擦件的预紧力，以便对第一摩擦件和第二摩擦件的抵持力进行调整，使得两者之间的粘滑运动过程中的粘滑传动效率能够适应驱动结构的运动步距的需要，从而实现针对性调节驱动结构运动速度或步距。
附图说明
18.图1为本实用新型的驱动结构的结构示意图；
19.图2为图1示出的驱动结构的部分结构分解示意图；
20.图3为一实施方式的驱动结构的惯性体的结构示意图；
21.图4为图1示出的驱动结构的侧视示意图；
22.图5为图1示出的驱动结构的俯视视示意图；
23.图6为图5示出的驱动结构沿i-i线的剖面结构示意图；
24.图7为图6中a处的结构放大示意图。
25.附图标号说明：
26.100、驱动结构；110、导轨组件；10、底座；20、顶板；20a、调节孔；20b、避空槽；30、压电促动件；301、第一端；302、第二端；30a、安装块；40、惯性体；41、基体；42、支撑臂；43、弹性梁；44、平板梁；44a、螺孔；40a、安装槽；50、第一摩擦件；60、第二摩擦件；70、预紧件。
具体实施方式
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连接”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连接，也可以通过中间媒介间接相连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.结合图1和图2所示，本实用新型提供的一种驱动结构100，能够装配至移动平台，实现移动平台的平移运动。
34.具体地，驱动结构100包括底座10、顶板20、压电促动件30、惯性体40、第一摩擦件50、第二摩擦件60和预紧件70。
35.顶板20可滑动地设置于底座10，例如，如图1和图2所示，顶板20和底座10之间通过导轨组件110实现滑动连接，使得顶板20在受到推力时能够沿导轨组件110相对底座10移动。再例如，在一些实施方式中，顶板20的朝向底座10的一侧设置有第一润滑垫，底座10的朝向顶板20的一侧设置有第二润滑垫，顶板20叠设于底座10，并使得第一润滑垫和第二润滑垫相抵接，从而利用第一润滑垫和第二润滑垫之间良好的滑动性使得顶板20在受到推力时能够顺畅相对底座10滑动。其中，第一润滑垫和第二润滑垫的至少一个采取pom(polyoxymethylene，聚甲醛)材料，从而利用pom材料的良好自润滑特性提升顶板20和底座10的滑动顺畅性。
36.本实用新型实施例中的驱动结构100，利用压电促动件30为顶板20提供推力，使得顶板20相对底座10移动。确切的说，使得顶板20相对底座10的动力来源为压电促动件30，具
体地，压电促动件30用于通电时产生形变以产生驱动力，使得顶板20在该驱动力的作用下相对底座10移动。
37.具体地，结合图4所示，压电促动件30在其伸缩变形方向上具有相对的第一端301和第二端302，可以理解的是，压电促动件30通电后伸缩运动时，基于压电促动件30产生形变，第一端301和第二端302会随着压电促动件30的伸缩运动而相互靠近或相互远离。
38.第一端301与底座10相连接，例如，如图4所示，底座10上设置有安装块30a，利用该安装块30a作为压电促动件30的基座，将压电促动的第一端301与安装块30a相连接，以实现第一端301与底座10之间的稳定连接。两者之间的连接方式可以是通过胶水相邻，从而尽可能减少安装块30a对压电促动件30的伸缩运动精度产生不良影响。
39.继续参阅图4所示，第二端302与惯性体40相连接，从而压电促动件30伸缩运动时，可以带动惯性体40相对底座10移动。由于惯性体40相对底座10运动时会产生惯性力，假如压电促动件30伸展时会驱使惯性体40相对底座10正向运动，则压电促动件30收缩时会对惯性体40产生朝反向运动的力，但由于惯性体40自身的惯性作用，惯性体40仍会具有相对底座10朝正向移动趋势的惯性力。从而在该惯性力传递至顶板20时，便可以实现顶板20相对底座10的移动。
40.在本实用新型的实施例中，惯性体40产生的惯性力是通过第一摩擦件50和第二摩擦件60的摩擦传递至顶板20，从而利用第一摩擦件50和第二摩擦件60实现对顶板20的粘滑驱动。具体地，第一摩擦件50与顶板20相对固定，第二摩擦件60连接于惯性体40，并与第一摩擦件50相接触，从而惯性体40在压电促动件30的驱使下相对底座10移动的过程中，连接于惯性体40的第二摩擦件60粘滑传动第一摩擦件50，从而使得第一摩擦件50相连接的顶板20发生位移，继而实现顶板20相对底座10移动。
41.顶板20设置有避空槽20b，以便在顶板20相对底座10移动过程中，避空槽20b能够适应对惯性体40等结构件的避空需要，确切的说，由于惯性体40通过压电促动件30与底座10相邻，从而在顶板20相对底座10相连时，顶板20与惯性体40之间也相对移动，因此避空槽20b可以为惯性体40相对顶板20的移动提供避空空间，使得顶板20相对底板的移动不会受到干涉。
42.在一些实施方式中，第一摩擦件50为呈圆柱形的杆状结构，两端与顶板20相固定，从而第一摩擦件50的中部悬空，以形成横梁，从而能够允许一定的弯曲形变。从而在驱动结构100整个行程中，可以利用第一摩擦件50的弯曲形变补偿诸如加工误差及安装误差等因素对顶板20相对底座10的运动行程精度的影响，使得运动过程中，第一摩擦件50和第二摩擦件60之间的压力较为稳定，提高粘滑运动稳定性。
43.第二摩擦件60可以是1个，也可以是2个。例如，在一些实施方式中，2个第二摩擦件60分别位于第一摩擦件50的相对两侧，以在2个第二摩擦件60相互之间距离变小时，可以对第一摩擦件50产生夹紧力，提升对第一摩擦件50的摩擦。当然，在第二摩擦件60的数量为1个时，也可以通过对该第二摩擦件60的抵压来调整第二摩擦件60与第一摩擦件50的抵持力。
44.在本实用新型实施例中，预紧件70提供使得第二摩擦件60抵压第一摩擦件50的预紧力。具体地，在一些实施方式中，结合图2和图3所示，惯性体40包括基体41、2个支撑臂42、弹性梁43和平板梁44。2个支撑臂42间隔地与基体41相连接，并用于支撑弹性梁43和平板梁
44，其中，弹性梁43的两端连接于2个支撑臂42之间，以与2个支撑臂42和基体41共同围合形成安装槽40a，第一摩擦件50穿设于该安装槽40a，第二摩擦件60位于该安装槽40a内，并与弹性梁43相对固定，从而弹性梁43移动时可以带动第二摩擦件60移动。
45.平板梁44的两端与2个支撑臂42相连接，并与弹性梁43保持间隔设置。预紧件70与平板梁44相连接，并与弹性梁43相接触。通过调节预紧件70改变弹性梁43与平板梁44的间距，使得弹性梁43产生形变，这样弹性梁43上的第二摩擦件60靠近或远离第一摩擦件50，从而通过这种方式可以调整第二摩擦件60与第一摩擦件50之间的抵持力。
46.基于第二摩擦件60和第一摩擦件50之间的抵持力的大小不同时，两者之间的粘滑传动效率也不同，从而通过这种方式，可以实现对顶板20相对基座的运动步距及运动速度进行调节。
47.例如，结合图6和图7所示，以第二摩擦件60为2个，2个第二摩擦件60夹持位于两者之间的第一摩擦件50为例，通过调节预紧件70使得弹性梁43产生不同程度的形变，使得弹性梁43上的第二摩擦件60抵压第一摩擦件50，促使2个第二摩擦件60对第一摩擦件50产生抱紧力，最终夹住第一摩擦件50，形成双面接触，从而确保第一摩擦件50和第二摩擦件60之间具有合适抵持力来实现有效粘滑运动。该实施方式中，通过调节预紧件70，使得平板梁44产生不同的弹力，以此实现第一摩擦件50和第二摩擦件60之间抵持力的范围调节。
48.预紧件70可以是螺丝，也可以是按压杆。对于预紧件70的结构，在此不做限定，只要能够调节第一摩擦件50和第二摩擦件60之间的抵持力即可。以预紧件70为螺丝为例，结合图2和图3所示，平板梁44开设有螺孔44a，螺丝与螺孔44a相配合，在需要调整第一摩擦件50和第二摩擦件60之间的抵持力时，只需要转动该螺丝，使得螺丝抵持弹性梁43即可。
49.结合图5至图7所示，顶板20在对应预紧件70的位置开设有调节孔20a，以便调节工具穿入该调节孔20a，对预紧件70进行调节。
50.需要说明的是，上述实施方式中，压电促动件30上施加锯齿波电压时，压电促动件30将呈周期性的伸缩运动，且压电促动件30发生形变的速率随电压的变化速率的增加而增加，这样，随着电压的变化，压电促动件30呈脉冲式的对惯性体40进行驱动，使得第二摩擦件60与第一摩擦件50之间交替产生静摩擦和动摩擦，以实现顶板20相对底座10的粘滑运动。
51.在一些实施方式中，压电促动件30可以是压电陶瓷，压电陶瓷的位移分辨率高，可以达到纳米级，从而使得驱动结构100可以做到纳米甚至是亚纳米级的行走精度。
52.综上，本实用新型的驱动结构100，整体结构及装配工艺简单，结构紧凑，可应用于较小的安装操作空间。采取粘滑方式实现驱动，不会存在竖直方向的摩擦，只存在粘滑运动中第一摩擦件50和第二摩擦件60的单一摩擦，以有效减小了动力损耗及对其他零部件要求。采取预紧件70可以对第一摩擦件50和第二摩擦件60之间的抵持力进行大范围可调，以便根据不同负载及速度要求进行调节匹配驱动结构100的驱动步距和移动速度。并且利用第一摩擦件50自身的可弯曲设计，可以实现第一摩擦件50和第二摩擦件60的摩擦接触面在安装后进行自适应调节，有效的降低了加工精度、装配精度等外在因素对移动平台稳定性的影响。由此，本实用新型的驱动结构100可应用于科研、半导体、生物医药、先进制造、光学/通信、航天等各个高精尖领域，为人类在微观领域上的实验研究以及产品制造提供了有力的技术支撑。该驱动结构100可在真空下进行微纳操作，相比电机驱动，该驱动结构100采
取压电促动件30实现纳米级位移量，其电流小，发热少，且不产生电磁场。对于操作要求极高的领域，其具有巨大的优势，对人类在微观领域上的继续研究开拓具有不可忽视的作用。
53.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。