[发明专利]一种实现双向驱动的粘滑式压电驱动器及控制方法

说明书

本发明涉及一种实现双向驱动的粘滑式压电驱动器及控制方法，所述驱动器由基座、柔顺驱动机构、滑块、两块堆叠式压电陶瓷等组成。锯齿波电压信号经过功率放大器放大后施加在压电陶瓷上，通过调节电压信号的幅值和频率能够实现驱动滑块在正负两个方向上以目标速度运动至特定位置。本发明的双向粘滑式压电驱动器采用柔顺驱动机构，使得结构简单，能够实现精密快速运动，采用的特殊结构可以大大增加负载能力和驱动速度。

技术领域

本发明涉及精密驱动技术领域，特别是涉及一种能够实现双向运动的粘滑式压电驱动器。

背景技术

精密定位系统是对目标物体在多个空间自由度上进行平移、旋转等精密调整的完整系统，广泛应用于航空航天、精密操作系统、生物技术、智能机器人、光学系统、超精度仪器等领域。精密定位系统的核心就是利用精密驱动器驱动目标对象实现预期的高精度运动，其精度达到微/纳级别（通常为几纳米到几百纳米之间）。目前，很多精密驱动系统依旧采用手动或电动驱动方式，但随着这些领域的飞速发展，对于驱动器的高分辨率、高精确度、大行程、高速响应、大驱动力等方面也提出了更高的功能性需求。

现有的精密驱动器中一般分为以下几种：静电式驱动器、电磁式驱动器、形状记忆合金驱动器、磁致伸缩驱动器、电致伸缩驱动器、光致伸缩驱动器、压电驱动器等。其中压电驱动器利用压电材料的逆压电效应，在施加电压时进行伸缩，产生力和位移带动滑块或转子进行直线运动或旋转运动。由于压电材料具有体积小、输出力大、高频响、高分辨率、高功率重量比等优点，是亚微米级和纳米级精密驱动的理想材料。压电驱动器又可以分为：直接驱动型、超声型、惯性粘滑型、尺蠖型等。

粘滑式压电驱动器相较其他种类的压电驱动器而言有以下优势：其一，采用压电陶瓷进行驱动，具有输出力大、高频响、高分辨率、能耗低等优点；其二，粘滑式的驱动方式使得结构简单灵活，因而控制方便；其三，周期循环步进，使得行程不受限制；其四，使用柔顺驱动机构作为驱动体，具有无摩擦、无间隙、运动精度高、传动效率高等优点。粘滑式驱动的原理是利用锯齿形电压信号激励压电元件产生不对称的振动实现被驱动物体产生微小位移，经过高频的信号施加来累积位移，达到精密定位的目的。

目前的粘滑式压电驱动器大都只能实现单方向的运动，并且存在负载能力差、驱动速度低等问题。针对这些问题，有必要提出一种支持双向运动且兼顾大负载能力和大驱动速度的粘滑式压电驱动器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种能够实现双向运动并且能够放大驱动力和提高驱动速度的粘滑式压电驱动器。

针对上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种实现双向驱动的粘滑式压电驱动器，其特征在于，所述驱动器包括导轨和滑块组成的导轨滑块模组、柔顺驱动机构、正向驱动压电陶瓷、负向驱动压电陶瓷、XY微调平台、底座、调节螺钉。

其中，正向驱动压电陶瓷和负向压电驱动陶瓷由调节螺钉固定在柔顺驱动机构上，通过旋动调节螺钉能够将正向驱动压电陶瓷和负向驱动压电陶瓷固定在柔顺驱动机构的压电陶瓷固定槽中，还能够调节驱动压电陶瓷与柔顺驱动机构之间的预紧力；通过调节XY微动平台来调整柔顺驱动机构与滑块之间的接触条件。

在上述的双向粘滑式压电驱动器，导轨滑块模组包括：导轨、能够在导轨上滑动的滑块、和设置导轨上的滚柱及滚柱保持架。

在上述的双向粘滑式压电驱动器，柔顺驱动机构包括基座、固定孔组、伪刚体杆、直梁型柔性铰链和圆形柔性铰链，其中，直梁型柔性铰链包括直梁型柔性铰链一、直梁型柔性铰链二；圆形柔性铰链包括圆形柔性铰链一、圆形柔性铰链二、圆形柔性铰链三；直梁型柔性铰链一、直梁型柔性铰链二和圆形柔性铰链三为柔性平移铰链，即在柔顺驱动机构变形的过程中会发生平移；圆形柔性铰链一、圆形柔性铰链二、圆形柔性铰链三为柔性弯曲铰链，即在柔顺驱动机构变形的过程中会发生弯曲。圆形柔性铰链三既为柔性平移铰链，又为柔性弯曲铰链。