[发明专利]具有定量可调自适应预紧功能的大载荷压电驱动装置

说明书

本发明涉及一种具有定量可调自适应预紧功能的大载荷压电驱动装置，属于精密驱动领域。包括底座、主预紧模块、柔性机构模块、导轨滑块模块、输出模块，主预紧模块用于提供柔性机构模块与输出模块之间的驱动预紧力，柔性机构模块用于驱动输出模块，导轨滑块模块用于实现柔性机构模块沿输出模块法向的运动，输出模块用于搭载或连接驱动目标。优点在于：可定量调节驱动预紧力和压电叠堆预紧力改变工作性能，可克服由制造、装配误差造成的驱动预紧力波动，输出稳定可靠的直线精密位移，且体积小、结构紧凑、控制简单，可应用于显微操作、医学工程、精密仪器等领域。载荷输出大，工作行程取决于导轨长度，可实现大行程。

技术领域

本发明涉及精密驱动领域，特别涉及一种具有定量可调自适应预紧功能的大载荷压电驱动装置。可应用于显微操作、医学工程、精密仪器等领域。

背景技术

压电驱动技术作为一种新型的驱动方式，具有高位移精度、大功率密度、无电磁干扰、超高真空兼容等优点，逐渐应用于精密驱动装置中，尤其受到显微操作、医学工程、精密仪器等领域的关注。目前压电驱动装置大多数基于尺蠖驱动原理、粘滑惯性驱动原理与超声驱动原理，其中粘滑惯性原理可实现理论上无限长的位移，并且可通过对位移进行闭环控制实现亚纳米级定位精度，但其工作性能对柔性机构模块和输出模块之间的驱动预紧力和压电叠堆预紧力有严格的要求，且其输出力较小。另外由于装置在制造和装配过程中会产生无法避免的误差，使压电驱动装置在工作过程中产生预紧力的波动，严重影响压电驱动装置输出的稳定可靠性。因此设计一种具有可定量调节预紧力、能够针对制造、装配误差造成的预紧力波动进行自适应调节、并能承受大载荷的压电驱动装置具有重要的应用与研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有定量可调自适应预紧功能的大载荷压电驱动装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明采用了集成力传感器的主预紧模块和柔性机构模块，能够实现对驱动预紧力和压电叠堆预紧力的定量调节以达到最优工作性能，其中主预紧模块采用了自适应垫以解决制造、装配误差造成的预紧力波动；柔性机构模块中驱动柔性机构的渐变柔性足能够同时推动和压紧输出模块中的导轨以增大驱动摩擦力，整个驱动装置基于粘滑惯性驱动原理，能够实现稳定可靠的大载荷直线运动。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

具有定量可调自适应预紧功能的大载荷压电驱动装置，包括底座16、主预紧模块、柔性机构模块、导轨滑块模块、输出模块，所述主预紧模块固定在底座16上，柔性机构模块固定在导轨滑块模块上，导轨滑块模块、输出模块分别固定在底座16上。

所述的主预紧模块包括主预紧柔性机构1、楔形块组A2、预紧螺钉A3、自适应垫4、力传感器A5，所述主预紧机构1通过螺钉固定于底座16上；所述楔形块A2置于主预紧柔性机构1的安装槽内，在预紧过程中受到预紧螺钉A3的推动并对推动位移进行比例缩小、增大分辨率后，推动主预紧柔性机构在直板型柔性铰链A1-1位置产生形变；所述预紧螺钉A3装配于主预紧柔性机构1的螺纹孔中，在预紧过程中将自身旋转转化为直线运动推动楔形块组A2。

所述的自适应垫4置于力传感器A5和主预紧柔性机构1之间，在预紧过程中被夹紧定位，在工作过程中通过弹性变形与回复，吸收由于制造、装配误差而发生的预紧力波动；所述力传感器A5置于自适应垫4和主预紧柔性机构1之间，并嵌于底座16的定位槽16-1内以避免侧向滑动，用于实时获取主预紧模块提供的驱动预紧力数值以便于定量调整。

所述的柔性机构模块包括驱动柔性机构6、楔形块组B7、预紧螺钉B8、力传感器B9、压电叠堆10，所述驱动柔性机构6通过螺钉固定在导轨滑块模块的连接板13上，直板型柔性铰链B6-1可在楔形块组B7的推动下产生形变并对压电叠堆10进行预紧，直板型柔性铰链C6-2用于在压电叠堆10伸长时产生形变推动渐变柔性足6-3运动，渐变柔性足6-3通过绕直圆型柔性铰链6-4旋转推动输出模块的滑块15，与此同时产生垂直于推动方向的形变压迫滑块15增大预紧力，进而增加驱动摩擦力实现大载荷输出。