CN203251240U - 正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，涉及精密超精密加工、微纳操作机器人、微机电系统、大规模集成电路制造、生物技术等重要科学工程领域。该装置主要由正压力可调的精密驱动单元和直线运动单元组成。其中精密驱动单元由手动精密平移台和压电驱动器构成，手动精密平移台可以调节压电驱动器和工作台之间的正压力；压电驱动器中封装压电叠堆，基于粘滑原理实现工作台的直线步进式进给。直线运动单元由精密滚动导轨和工作台组成，保证工作台直线运动。本实用新型可用于高精密驱动与加工、大规模集成电路和微操作机器人领域，具有结构简单、工作稳定、效率高、投资少、效益高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及精密超精密加工、微纳操作机器人、微机电系统领域，特别涉及一种正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台。
背景技术
近年来随着科学技术日新月异的发展，人类对微观世界越来越重视，其中微纳米科学与技术方面的研究也取得了长足的进展。伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，正压力可调的微纳米精密驱动技术与精密定位技术的要求越来越高，各大科研机构研究也在积极对微纳米精密驱动与定位技术进行研究。常年来大量程与高分辨率并存已成为制约紧密驱动技术发展的瓶颈，传统宏观驱动装置尽管能满足其量程需求，但分辨率太低，而宏观的驱动装置分辨率可以保证，但量程太小、效率低。目前性能优越的正压力可调的高效驱动装置的开发就显得极为重要。由于压电叠堆体积小、频响高、发热少、输出力大、无噪声、性能稳定等优点，精密加工与定位技术中广泛采用基于压电叠堆驱动源的新型高精度驱动装置。通常的驱动器往往存在机构复杂、尺寸较大、精度低、往返重复定位差等缺点，因此，设计一种定位精度和重复定位精度性能优良，且能实现正压力可调的微纳米级的粘滑惯性驱动平台是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，基于惯性-摩擦粘滑原理，能够实现正压力可调的高精度的步进式直线运动的新型精密压电驱动装置，解决了现有技术存在的上述问题。可实现正压力可调的微纳米级精密驱动，并且具有驱动平稳、可靠、工作效率高等特点。本发明通过手动平移台调节精密压电驱动器与工作台的正压力，其中精密压电驱动器中的两个压电叠堆按照一定时序驱动，最终实现工作台的粘滑运动。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，包括正压力可调的精密驱动单元和直线运动单元，所述精密驱动单元通过粘滑惯性原理实现微纳米级精密驱动，与工作台12之间的正压力可以通过手动精密平移台上的旋进手柄1调节；柔性铰链6利用其弹性恢复力可以保证工作可靠，高效；
所述精密驱动单元由手动精密平移台和精密压电驱动器组成；
所述手动精密平移台包括旋进手柄1、相互配合的平移台滑轨、滑块2、3和顶板17，所述手动精密平移台固定设置在基座15上，所述旋进手柄1与柔性铰链6连接，所述顶板17通过螺钉Ⅴ16固定在手动精密平移台的侧面；
所述精密压电驱动器由柔性铰链6、驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9组成，所述驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9分别设置在柔性铰链6内，驱动压电叠堆Ⅰ8驱动柔性铰链6的伸长，驱动压电叠堆Ⅱ9驱动柔性铰链6压紧工作台12，通过控制驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9之间的时序实现柔性铰链6和工作台12之间的粘滑运动，进而驱动工作台12步进式精密移动。
所述的工作台12基于粘滑惯性原理进行精密驱动。
所述的柔性铰链6与工作台12之间的接触正压力通过手动平移台的旋进手柄1调节。
所述的驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT，其粘滑运动是通过对驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9控制电压的时序控制来实现。
所述的柔性铰链6进行载荷的传递。
所述的柔性铰链6上端与工作台12压紧部分为弧形结构。
所述的旋进手柄1为自锁式旋进手柄。
所述的平移台滑块3通过螺钉Ⅰ4与连接块5连接，柔性铰链6通过螺钉Ⅱ7与连接块5连接。
所述的工作台12通过螺钉Ⅲ11设置在滑块10上，所述滑块10与导轨14相互配合，所述导轨14通过螺钉Ⅳ13固定在基座15上。
本发明的有益效果在于：可实现正压力可调的微纳米级精密驱动功能，并且具有驱动平稳、可靠、工作效率高等特点。可应用于精密超精密加工、微操作机器人、微机电系统、大规模集成电路制造、生物技术等重要科学工程领域，目的在于提升微机电系统的微动精度、减小结构尺寸，同时改善传统驱动器的结构复杂、尺寸偏大以及性能不可靠等劣势，本发明具有结构简单、工作稳定、效率高、投资少、效益高等优势，应用前景较为广阔。
附图说明
此处所说明的附图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为本发明的轴向示意图。
图2为本发明的主视示意图。
图3为本发明的俯视示意图。
图4为本发明的柔性铰链示意图。
图中：
1.旋进手柄； 2.平移台滑轨； 3.平移台滑块； 4.螺钉Ⅰ； 5.连接块； 6.柔性铰链；
7.螺钉Ⅱ； 8.驱动压电叠堆Ⅰ； 9.驱动压电叠堆Ⅱ； 10.滑块； 11.螺钉Ⅲ；
12.工作台； 13.螺钉Ⅳ； 14.导轨； 15.基座； 16.螺钉Ⅴ； 17.顶板。
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，本发明的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，主要包括正压力可调的精密驱动单元和直线运动单元，所述精密驱动单元通过粘滑惯性原理实现微纳米级精密驱动，与工作台12之间的正压力可以通过手动精密平移台上的旋进手柄1调节；柔性铰链6利用其弹性恢复力可以保证工作可靠，高效；
所述精密驱动单元由手动精密平移台和精密压电驱动器组成；
所述手动精密平移台包括旋进手柄1、相互配合的平移台滑轨、滑块2、3和顶板17，所述手动精密平移台固定设置在基座15上，所述旋进手柄1与柔性铰链6连接，所述顶板17通过螺钉Ⅴ16固定在手动精密平移台的侧面；
所述精密压电驱动器由柔性铰链6、驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9组成，所述驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9分别设置在柔性铰链6内，驱动压电叠堆Ⅰ8驱动柔性铰链6的伸长，驱动压电叠堆Ⅱ9驱动柔性铰链6压紧工作台12，通过控制驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9之间的时序实现柔性铰链6和工作台12之间的粘滑运动，进而驱动工作台12步进式精密移动。
所述的工作台12基于粘滑惯性原理进行精密驱动。
所述的柔性铰链6与工作台12之间的接触正压力通过手动平移台的旋进手柄1调节。
所述的驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT，其粘滑运动是通过对驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9控制电压的时序控制来实现。
所述的柔性铰链6进行载荷的传递。
所述的柔性铰链6上端与工作台12压紧部分为弧形结构。
所述的旋进手柄1为自锁式旋进手柄。
所述的平移台滑块3通过螺钉Ⅰ4与连接块5连接，柔性铰链6通过螺钉Ⅱ7与连接块5连接。
所述的工作台12通过螺钉Ⅲ11设置在滑块10上，所述滑块10与导轨14相互配合，所述导轨14通过螺钉Ⅳ13固定在基座15上。
参见图1至图4所示，本发明的具体工作过程如下：
工作台粘滑驱动的实现，初始状态：旋转精密手动平移台上的旋进手柄1调节柔性铰链6与工作台12之间的接触距离，即粘滑过程中的接触正压力。柔性铰链6中的驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9均不带电，系统处于自由状态，此时工作台12处于游动状态；当驱动压电叠堆Ⅱ9通电后由逆压电效应伸长，迫使柔性铰链6变形压紧工作台12，之后压电叠堆Ⅰ8缓慢通电，由于柔性铰链6与工作台12之间的静摩擦力的作用，二者处于粘滞状态，进而带动工作台12移动；滑动状态时，驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ8、9迅速断电回缩，同时柔性铰链6在其弹性力的作用下回复初始状态，由于工作台12的惯性几乎不产生位移运动。重复上述运动，工作台12将产生步进式直线运动。
本发明涉及的一种正压力可调的粘滑惯性驱动平台的运动按照严格的时序逻辑进行，改变压电叠堆控制时序，可以改变运动方向，并且由于采用了压电叠堆作为驱动源及柔性铰链作为动力传递元件，具有发热小、驱动平稳、可靠、高效的特点，并能实现微纳米级正压力可调的精密运动等功能。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，包括正压力可调的精密驱动单元和直线运动单元，其特征在于：所述精密驱动单元通过粘滑惯性原理实现微纳米级精密驱动，与工作台（12）之间的正压力通过手动精密平移台上的旋进手柄（1）调节；
所述精密驱动单元由手动精密平移台和精密压电驱动器组成；
所述手动精密平移台包括旋进手柄（1）、相互配合的平移台滑轨、滑块（2、3）和顶板（17），所述手动精密平移台固定设置在基座（15）上，所述旋进手柄（1）与柔性铰链（6）连接；
所述精密压电驱动器由柔性铰链（6）、驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（8、9)组成，所述驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（8、9)分别设置在柔性铰链（6）内，驱动压电叠堆Ⅰ（8）驱动柔性铰链（6）的伸长，驱动压电叠堆Ⅱ（9）驱动柔性铰链（6）压紧工作台（12），通过控制驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（8、9)之间的时序实现柔性铰链（6）和工作台（12）之间的粘滑运动，进而驱动工作台（12）步进式精密移动。
2.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的工作台（12）基于粘滑惯性原理进行精密驱动。
3.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的柔性铰链（6）与工作台（12）之间的接触正压力通过手动平移台的旋进手柄（1）调节。
4.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ（8、9)采用形体可控面型的压电陶瓷叠堆PZT，其粘滑运动是通过对驱动压电叠堆Ⅰ、Ⅱ(8、9)控制电压的时序控制来实现。
5.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的柔性铰链（6）进行载荷的传递。
6.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的柔性铰链（6）上端与工作台（12）压紧部分为弧形结构。
7.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的旋进手柄（1）为自锁式旋进手柄。
8.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的平移台滑块（3）通过螺钉Ⅰ（4）与连接块（5）连接，柔性铰链（6）通过螺钉Ⅱ（7）与连接块（5）连接。
9.根据权利要求1所述的正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台，其特征在于：所述的工作台（12）通过螺钉Ⅲ（11）设置在滑块（10）上，所述滑块（10）与导轨（14）相互配合，所述导轨（14）通过螺钉Ⅳ（13）固定在基座（15）上。
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