正交并联式双压电晶片移动驱动器

1.本发明涉及一种精密驱动领域的驱动器，更具体的说，它涉及一种正交并联式双压电晶片移动驱动器。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，在医疗器械、生物工程、国防军工、航空航天、微型机器人的关节驱动、精密机械制造等相关技术领域对高精密定位驱动技术有着越来越高的要求，同时精密定位技术是人们研究微观领域的一个首要关键技术，技术发展水平直接影响微观技术领域的研究进程。传统的定位驱动装置已经无法满足众多领域对精确微位移的输出需求，面对这些需求，目前有多种解决办法，如压电陶瓷驱动器、静电吸引式驱动器、磁致伸缩式驱动器和形状记忆合金驱动器等。其中压电陶瓷驱动器，其以响应速度、电磁兼容、功耗、体积、噪声小、不发热输出功率大和位移分辨率高而得到了广泛的研究与应用，目前压电驱动器主要分为两种，压电叠堆型与压电晶片型，研究表明，压电叠堆型驱动器虽然输出力大、响应时间快，但输出位移小、高电压驱动，而晶片型具有低压驱动变形大的显著特点，本文设计的一种正交并联式双压电晶片移动驱动器利用压电晶片的特点实现了直线运动的输出。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种正交并联式双压电晶片移动驱动器，在解决上述存在问题的基础上提出一种直线位移驱动输出的新方案。本发明基于压电晶片的逆压电效应，利用压电晶片输出位移大的特点，将固定于凹形台上的两个压电晶片同一端用v形块正交连接，在不同电压驱动下两个压电晶片互相配合实现v形块的往复振动，固定于v形块末端的驱动足与滑轨间的距离周期性变化，通过改变驱动足与滑轨间摩擦力的大小将v形块的往复振动转化为滑轨的直线位移。本发明提出的正交并联式双压电晶片移动驱动器具有成本低、体积小、结构简单、易于控制、定位精度高等特点。
4.参阅图1至图8，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现。本发明所提供的正交并联式双压电晶片移动驱动器包括有l形底座、直线导轨轴承、直线导轨、驱动足、v形块、压电晶片、凹形台、支撑板和单轴微调平台。
5.l形底座放置于水平面上，单轴微调平台放置在l形底座顶部与l形底座螺栓固定连接，支撑板放置在单轴微调平台顶部与单轴微调平台螺栓固定连接，两个压电晶片的一端与凹形台两侧支臂螺栓固定连接，两个压电晶片的另一端与v形块螺栓固定连接，驱动足的底部与v形块的顶部螺纹固定连接，两个直线导轨放置在l形底座的顶部，其中外侧的一个直线导轨与l形底座螺栓固定连接，直线导轨轴承放置在两个直线导轨之间与两个直线导轨滑动配合。
6.技术方案中所述l形底座为钢板制成的加工有螺纹通孔的l形零件。
7.技术方案中所述直线导轨为加工有v型槽的细长零件，直线导轨的侧面加工有圆
孔。
8.技术方案中所述驱动足为顶部加工成圆形底部为带有螺纹的圆柱形零件，
9.技术方案中所述v形块为钢板加工的带孔v形零件。
10.技术方案中所述压电晶片为加工有圆孔的基板和粘接在两侧的压电陶瓷构成的标准压电片。
11.技术方案中所述凹形台为加工有圆孔的凹形零件，凹形台的两侧支臂与底部横臂夹角为钝角。
12.技术方案中所述支撑板为加工有圆孔的矩形平板零件。
13.技术方案中所述单轴微调平台为标准平移工作台。
14.本发明的有益效果是：
15.(1)步进量可调且调节方式多样，可以通过两个压电双晶片的激励电压的不同振幅和相位组合调节，也可以通过单轴微调平台调节驱动足与滑轨的初始距离，改变预紧力从而实现对步进量的改变；
16.(2)正交并联式双压电晶片移动驱动器在保证一定精度的前提下，结构精简，操作简单，能降低精密驱动领域的试验成本。
附图说明
17.图1是正交并联式双压电晶片移动驱动器的爆炸轴测图；
18.图2是正交并联式双压电晶片移动驱动器的装配状态轴测图；
19.图3是正交并联式双压电晶片移动驱动器的l形底座2的轴测图；
20.图4是正交并联式双压电晶片移动驱动器的直线导轨4的轴测图；
21.图5是正交并联式双压电晶片移动驱动器的驱动足5的轴测图；
22.图6是正交并联式双压电晶片移动驱动器的v形块6的轴测图；
23.图7是正交并联式双压电晶片移动驱动器的凹形台8的轴测图；
24.图8是正交并联式双压电晶片移动驱动器的支撑板9的轴测图；
25.图中：2.l形底座，3.直线导轨轴承，4.直线导轨，5.驱动足，6.v形块，7.压电晶片，8.凹形台，9.支撑板，10.单轴微调平台。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：
27.参阅图1至图8，正交并联式双压电晶片移动驱动器包括有l形底座2、直线导轨轴承3、直线导轨4、驱动足5、v形块6、压电晶片7、凹形台8、支撑板9和单轴微调平台10。
28.l形底座2为钢板制成的加工有螺纹通孔的l形零件，放置于水平面上，单轴微调平台10为标准平移工作台，单轴微调平台10放置在l形底座2顶部与l形底座2螺栓固定连接，支撑板9为加工有圆孔的矩形平板零件，支撑板9放置在单轴微调平台10顶部与单轴微调平台10螺栓固定连接，凹形台8为加工有圆孔的凹形零件，凹形台8的两侧支臂与底部横臂夹角为钝角，压电晶片7为加工有圆孔的基板和粘接在两侧的压电陶瓷构成的标准压电片，v形块6为钢板加工的带孔v形零件，两个压电晶片7的一端与凹形台8两侧支臂螺栓固定连接，两个压电晶片7的另一端与v形块6螺栓固定连接，驱动足5为顶部加工成圆形底部为带
有螺纹的圆柱形零件，驱动足5的底部与v形块6的顶部螺纹固定连接，直线导轨4为加工有v型槽的细长零件，直线导轨4的侧面加工有圆孔，两个直线导轨4放置在l形底座2的顶部，其中外侧的一个直线导轨4与l形底座2螺栓固定连接，直线导轨轴承3放置在两个直线导轨4之间与两个直线导轨4滑动配合。
29.正交并联式双压电晶片移动驱动器的使用方法：将装置置于水平工作台上，调节单轴微调平台使驱动足与直线导轨接触产生预紧力，以不同相位和振幅的锯齿波电信号激励两个压电双晶片振动，改变两个压电双晶片各自电信号的相位差，使得两个压电双晶片的瞬时挠度朝同一方向；同时调整两个压电双晶片各自电信号的幅值，使得两个压电双晶片的挠度最值产生差异。在周期性的电信号激励下，驱动足在往复摆动过程中驱动直线导轨产生周期性位移；在前半周期电信号的激励下，规定的正方向一侧晶片挠度变化大，驱动足摆动角度较大，在预紧力的作用下直线导轨产生较大加速度，在正方向产生较大位移；在后半周期电信号的激励下，该侧晶片负方向挠度变化小，驱动足摆动角度较小，在预紧力作用下直线导轨产生较小加速度，在负方向产生较小位移，在一个周期内直线导轨正方向与负方向的位移差即为一个周期的步进位移量。单轴微调平台能够调节驱动足与直线导轨之间的预紧力，不同大小的预紧力使得驱动足往复摆动时直线导轨能产生不同大小的加速度，改变直线导轨在一个周期内的步进位移量。通过电信号和预紧力的不同组合即可实现直线导轨步进位移量一定范围内的可控性、准确性及稳定性。


技术特征：
1.一种基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于，所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器包括有l形底座(2)、直线导轨轴承(3)、直线导轨(4)、驱动足(5)、v形块(6)、压电晶片(7)、凹形台(8)、支撑板(9)和单轴微调平台(10)；l形底座(2)放置于水平面上，单轴微调平台(10)放置在l形底座(2)顶部与l形底座(2)螺栓固定连接，支撑板(9)放置在单轴微调平台(10)顶部与单轴微调平台(10)螺栓固定连接，两个压电晶片(7)的一端与凹形台(8)两侧支臂螺栓固定连接，两个压电晶片(7)的另一端与v形块(6)螺栓固定连接，驱动足(5)的底部与v形块(6)的顶部螺纹固定连接，两个直线导轨(4)放置在l形底座(2)的顶部，其中外侧的一个直线导轨(4)与l形底座(2)螺栓固定连接，直线导轨轴承(3)放置在两个直线导轨(4)之间与两个直线导轨(4)滑动配合。2.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的l形底座(2)为钢板制成的加工有螺纹通孔的l形零件。3.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的直线导轨(4)为加工有v型槽的细长零件，直线导轨(4)的侧面加工有圆孔。4.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的驱动足(5)为顶部加工成圆形底部为带有螺纹的圆柱形零件。5.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的v形块(6)为钢板加工的带孔v形零件。6.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的压电晶片(7)为加工有圆孔的基板和粘接在两侧的压电陶瓷构成的标准压电片。7.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的凹形台(8)为加工有圆孔的凹形零件，凹形台(8)的两侧支臂与底部横臂夹角为钝角。8.按照权利要求1所述的基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动器，其特征在于所述的支撑板(9)为加工有圆孔的矩形平板零件。

技术总结
本发明公开了一种正交并联式双压电晶片移动驱动器，旨在解决基于柔性铰链的压电直线及旋转双自由度矢量驱动问题。正交并联式双压电晶片移动驱动器包括有L形底座(2)、直线导轨轴承(3)、直线导轨(4)、驱动足(5)、V形块(6)、压电晶片(7)、凹形台(8)、支撑板(9)和单轴微调平台(10)，支撑板(9)放置在单轴微调平台(10)顶部与单轴微调平台(10)螺栓固定连接，两个压电晶片(7)的一端与凹形台(8)两侧支臂螺栓固定连接，两个压电晶片(7)的另一端与V形块(6)螺栓固定连接，驱动足(5)的底部与V形块(6)的顶部螺纹固定连接，提供了一种性能可靠的正交并联式双压电晶片移动驱动器。联式双压电晶片移动驱动器。联式双压电晶片移动驱动器。


技术研发人员：李晓韬 郭凯西 彭祥友 王胜江 董景石
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.06.15
技术公布日：2022/8/22