[发明专利]一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法

说明书

本发明提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法，涉及微纳精密制造与控制技术领域，针对目前压电粘滑驱动器的输出位移中存在回退运动导致驱动效率低的问题，通过配置对称设置的两个摩擦头和两个驱动模块，协同驱动运动单元来抑制回退运动，并且摩擦头在抑制另一摩擦头回退运动后能驱动运动单元再次运动，产生双步进位移来提高驱动速度和效率。

技术领域

本发明涉及微纳精密制造与控制技术领域，具体涉及一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法。

背景技术

压电驱动器是一种通过逆压电效应将电能转化为机械能的装置，目前已经广泛地应用于微纳定位、生物医疗和测量等诸多领域。压电驱动器主要包括超声、尺蠖和粘滑压电驱动器。其中，粘滑驱动器由于其结构和控制简单，被广泛应用于线性和旋转压电驱动器的设计中。基于粘滑运动原理，粘滑驱动器的驱动过程主要包括“粘滞”和“滑动”两个周期。

在压电粘滑驱动器的输出位移中，普遍存在回退运动，即压电粘滑驱动器的“滑动”周期。即输出位移先达到最大值，然后产生一定距离的向后运动。向后运动影响执行器的性能，特别是输出速度和效率。对向后运动的抑制以及增加单周期的有效位移，将会提高执行器的驱动速度和效率。针对粘滑驱动器存在的回退问题，现有技术中提出多种方法，但都普遍存在着效率低、定位精度受限以及发热和磨损问题，难以满足在有效抑制回退运动的需求，以及实现粘滑驱动器的高效、高速运动以及减少发热和磨损的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置及方法，通过配置对称设置的两个摩擦头和两个驱动模块，协同驱动运动单元来抑制回退运动，并且摩擦头均能驱动运动单元进行运动，产生双步进位移来提高驱动速度和效率。

本发明的第一目的是提供一种协同驱动的双步进粘滑驱动装置，采用以下方案：

包括间隔布置的两个摩擦头，每个摩擦头分别通过桥式放大机构连接驱动模块，驱动模块能够产生驱动其对应摩擦头纵向运动和横向运动的纵向往复位移；所述两个摩擦头的横向运动方向相反，纵向位移方向相同；一个摩擦头接触运动单元并保持运动单元位置以抵消另一摩擦头的对运动单元的回退作用，使运动单元单向步进运动。桥式放大机构能够在驱动模块带动下输出纵向运动及寄生横向运动。

进一步地，所述两个摩擦头沿运动单元运动方向上间隔布置，摩擦头对称安装在支架两侧。

进一步地，所述桥式放大机构包括分别布置在驱动模块两侧的柔性铰链，在驱动模块的纵向位移作用下，位于驱动模块两侧的柔性铰链发生弯曲，并带动摩擦头产生纵向运动和横向运动。

进一步地，所述驱动模块由压电陶瓷驱动，驱动模块输出端作用于桥式放大机构；驱动模块纵向正向位移和纵向反向位移时，所驱动摩擦头的运动方向相反。

进一步地，所述桥式放大机构上安装有预紧机构，用于调节驱动模块与桥式放大机构之间的预紧力。

进一步地，所述桥式放大结构、驱动模块和摩擦头共同形成驱动单元，运动单元和驱动单元分别安装在底座上，底座上设有使驱动单元靠近或远离运动单元的调节机构。

进一步地，所述调节机构包括调节杆和调节座，驱动单元通过调节座安装于底座，调节杆连接驱动单元和底座，带动驱动单元沿调节座移动。

进一步地，所述运动单元包括导轨和滑动安装于导轨的滑块，摩擦头抵接于滑块侧面。

本发明的第二目的是提供一种利用如第一目的所述协同驱动的双步进粘滑驱动装置的工作方法，包括：

第一摩擦头对应的第一驱动模块通电，第一摩擦头产生纵向运动和横向运动，挤压运动单元并驱动运动单元向第一方向运动，产生有效位移x₁；