[发明专利]一种具有力放大特性的四杆粘滑电机及驱动方法

说明书

一种具有力放大特性的四杆粘滑电机及驱动方法，包含基座、滑块、导轨块、压电叠堆、柔性弹环和铰链四杆力放大机构；滑块可滑动地设置在导轨块上，柔性弹环布置在铰链四杆力放大机构和基座之间，铰链四杆力放大机构的输出端与滑块之间的间隙通过预紧件实现可调。驱动方法包含：一、将压电叠堆嵌入底座内并与运动块相顶靠，调节驱动杆和滑块之间的初始摩擦力；二、压电叠堆得电缓慢伸长，输出驱动力，在摩擦力作用下带动滑块产生移动，重复施加该三角锯齿波驱动电压，可实现滑块的连续大行程水平移动。本发明实现了输出力大于压电驱动提供的驱动力，优化了输出性能。

技术领域

本发明涉及压电精密驱动领域，具体涉及一种具有力放大特性的四杆粘滑电机及驱动方法，可广泛应用在超精密加工装配、精密测量技术、生物医学工程等需要高定位精度和大行程位移输出领域。

背景技术

随着现代科技的发展，机械产品逐渐向高密度小型化发展，微纳定位操作、精密光学、生物医学工程、航空航天等已经逐渐成为重点攻克的科技领域，这些领域不断发展进步的同时，其核心支撑技术——精密驱动技术也迎来了巨大的挑战。目前，精密驱动电机驱动方式包括形状记忆合金驱动、光致伸缩驱动、磁致伸缩驱动、热驱动和压电驱动等，其中压电驱动与其他驱动相比具有体积小、驱动力大、响应速度快、能耗低等优点而被广泛应用。

压电紧密驱动电机，按照工作原理又可大致分为超声波式、直动式和惯性式三种，惯性式包括冲击惯性式和粘滑式。超声波式压电驱动器，利用逆压电效应将电能转化为超声波机械振动能，可轻松实现输出大扭矩、高速度，但磨损严重，功率和使用寿命低；直动式压电驱动器，利用压电陶瓷进行直接驱动或结合柔性铰链，体积小、无运动副间隙、无机械磨损，使用寿命高，但由于迟滞、蠕变等非线性现象，直动式压电驱动器定位精度较低。与其他类型电机相比，粘滑式压电驱动器，利用驱动装置与滑块间表面接触的摩擦力来实现滑块的位移输出，结构简单，输出速度快，但粘滑驱动体积普遍偏大，工作接触面积低，小型化后回退严重，且负载能力低，因此对压电粘滑驱动结构进行创新设计，以优化其输出特性，增大输出力以提高负载能力还是非常有必要的。

公开号CN112838787A公开一种具有两级放大机构的粘滑式压电驱动器及其驱动方法，其实采用2级放大原理，来优化粘滑式压电驱动器输出速度偏低的问题，公开号CN113114067A公开一种可大行程测距的压电粘滑式驱动装置与测距方法，是采用集成应变检测单元，通过测量电压的累积，实现大行程位移的测量，CN113258824A公开一种微小型粘滑式压电电机及其驱动方法，采用借助辅助摩擦片，来减小转子回退，实现旋转位移的目的，CN113258825A公开一种基于粘滑与冲击原理耦合的压电驱动器及其控制方法，是通过耦合冲击原理，抑制粘滑式压电驱动器的回退。综上，几种粘滑式压电驱动器均不具有力放大特性-输出力小于或等于压电驱动器提供的驱动力，不具有提升负载的能力。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种具有力放大特性的四杆粘滑电机及驱动方法，通过设计柔性铰链四杆机构，放大了压电叠堆的驱动力，解决了目前压电粘滑驱动电机输出驱动力的局限性。

本发明的技术方案为：

一种具有力放大特性的四杆粘滑电机，包含基座、滑块、导轨块、压电叠堆、柔性弹环和铰链四杆力放大机构；导轨块固定在基座中，滑块可滑动地设置在导轨块上，柔性弹环布置在铰链四杆力放大机构和基座之间，铰链四杆力放大机构和柔性弹环通过预紧件安装在基座上，铰链四杆力放大机构的输出端与滑块之间的间隙通过预紧件实现可调，铰链四杆力放大机构上布置有压电叠堆，压电叠堆的驱动力经铰链四杆力放大机构放大后作用于滑块。

一种具有力放大特性的四杆粘滑电机的驱动方法，包含以下步骤：

一、将压电叠堆嵌入底座内并与运动块相顶靠，工作前通过调整预紧件，调整驱动杆和滑块之间的距离，从而调节驱动杆和滑块的接触力，进而调节驱动杆和滑块之间的初始摩擦力；