[发明专利]一种基于柔性铰链的时滞效应的惯性式压电驱动器

说明书

本发明涉及一种基于柔性铰链的时滞效应的惯性式压电驱动器，属于精密机械领域。包括底座、压电元件、柔性铰链、质量块、滑动轨道和动子。压电元件基于压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为动能，利用惯性原理驱动主质量块运动。利用柔性铰链的时滞效应，后质量块对机构产生二次运动。全部质量块安装在滑动轨道上，减小机构与底座产生的摩擦力。动子作为驱动装置的输出终端，安装在主质量块的上方。具有运动平稳，结构简单，易于控制，较易实现大行程运动且具有无电磁干扰、结构紧凑、轻巧的特点。目前，在纳米技术、光学仪器、微操作领域由良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及精密机械领域，特别涉及一种基于柔性铰链的时滞效应产生二次冲击的惯性式压电驱动器。可用于纳米技术、光学仪器、微操作等领域

背景技术

压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应来控制其机械形变进而输出力和位移的精密驱动技术，具有结构简单、高精确度、高分辨率、抗电磁干扰等特点，在光学器械、纳米技术、医疗器械等领域有重要的应用。压电驱动装置的运动原理种类较多，目前主要有惯性运动原理、尺蠖运动原理、共振原理等，其中惯性运动原理又分为摩擦惯性原理和冲击惯性原理两种，具有结构简单的特点；尺蠖运动原理控制较为复杂；共振原理结构尺寸和供电设备具有严格要求。惯性执行机构因其长距离、超精密和微型化的特点，在显微手术显微镜、半导体制造、精密光学对准等领域得到了广泛的应用。但是由于惯性冲击原理利用质量块自身的惯性实现冲击运动需要克服摩擦力的作用，因此效率较低。

综上所述，冲击惯性原理虽然结构简单，但效率较低的问题也非常明显，需要对原理的具体实施过程进一步研究，进行效能再次利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性铰链的时滞效应产生二次冲击的惯性式压电驱动器，解决现有技术存在的上述问题。本发明利用质量块的惯性驱动原理使机构在压电元件伸长缩短过程中产生运动；并且通过柔性铰链连接的后质量块利用柔性铰链的迟滞效应在原有的一次冲击运动的基础上产生延时性的二次冲击运动；同时利用与主质量块连接的滑动导轨的导向作用，实现了直线位移输出效率的提高。本发明提出的基于柔性铰链的时滞效应产生二次冲击的惯性式压电驱动器具有体积小、成本低、控制简单、定位精度高、效能优化等特点。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于柔性铰链的时滞效应产生二次冲击的惯性式压电驱动器，通过柔性铰链和额外的质量块产生额外的冲击效果，提高驱动效率；包括：底座1、滑动导轨2、主质量块3、前质量块4、后质量块5、压电元件6、柔性铰链7、动子8，主质量块3带有三个安装部位分别安装前压电元件6、柔性铰链7和动子8，另外底部还带有四个螺纹孔用以将整个机构安装在滑动导轨2上；工作过程中受到电信号的作用，压电元件6驱动主质量块3、前质量块4、后质量块5在滑动导轨2产生惯性运动，同时带动固定于主质量块3上的动子8运动。

所述的压电元件6固定于主质量块3上，另一端同时固定前质量块4，工作过程中受电信号激励以产生周期的慢速伸长、快速伸缩运动，前质量块4由于惯性作用将保持原来的状态继续向前，从而带动主质量块3向前的运动，实现第一阶段的冲击运动。

所述的柔性铰链7固定于主质量块3上，另一端同时固定于后质量块5。在运动过程中将主质量块3的惯性运动传递到后质量块5上，由于柔性铰链的时滞效应将使后质量块5产生与主质量块3不同步的延迟运动，从而使后质量块5向前冲击主质量块3，实现第二阶段的冲击运动。

所述动子8固定于主质量块3上方，在压电元件6慢速伸长过程中，前质量块4产生慢速正向运动，在压电元件6快速收缩过程中，前质量块4由于自身惯性作用继续向前运动，同时使主质量块3克服自身的摩擦力向前产生冲击运动，并利用柔性铰链7将运动传递至后质量块5；由于柔性铰链的时滞效应，后质量块5将在一定的延迟后利用自身的惯性对主质量块3产生二次冲击运动，通过周期性的电信号激励将累积正向位移以产生宏观的直线运动。