[發(fā)明專(zhuān)利]基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及其激勵(lì)方式

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210209902.7
• 申請(qǐng)日: 2012-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102916607A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡俊輝;蘆小龍;趙淳生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/02
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/02;H02N2/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其基于直線超聲電機(jī)建立；屬超聲電機(jī)領(lǐng)域。?

本發(fā)明還涉及一種上述基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的激勵(lì)方式。?

背景技術(shù)

超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動(dòng)，依靠摩擦力驅(qū)動(dòng)的新型作動(dòng)器。直線型超聲電機(jī)屬于超聲電機(jī)的一種。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比、快速響應(yīng)、精密定位和無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)療、精密驅(qū)動(dòng)、光學(xué)器件以及航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。?

目前基于超聲電機(jī)設(shè)計(jì)的微位移運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由于導(dǎo)向裝置和執(zhí)行電機(jī)尺寸的限制，往往體型龐大，質(zhì)量較大，控制系統(tǒng)復(fù)雜。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用彈性支架作為上部平板和直線超聲電機(jī)之間的連接構(gòu)件，便于本發(fā)明超聲電機(jī)的夾持和上部平板的固定，致使本發(fā)明具有體積小巧、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)；另外，本發(fā)明次要技術(shù)目的是采用微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，進(jìn)一步鞏固本發(fā)明體積小巧、控制方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，使得本發(fā)明在微型機(jī)構(gòu)中具有很好的應(yīng)用前景。?

為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案：?

一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括上部平板以及為上部平板下方的下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)，所述下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)包括彈性支架，該彈性支架包括中部固定臺(tái)以及均布在中部固定臺(tái)四周的四個(gè)彈性足，每一個(gè)彈性足均與一個(gè)直線超聲電機(jī)連接；所述中部固定臺(tái)與上部平板連接成一體，所述彈性足包括彈性連接臂和彈性連接塊，彈性連接臂的一端與中部固定臺(tái)連接，另一端則通過(guò)彈性連接塊與直線超聲電機(jī)連接，所述彈性連接塊為彈性弧形狀構(gòu)件，該彈性弧形狀構(gòu)件的兩端與直線超聲電機(jī)固定。

所述彈性連接臂為弧形薄板結(jié)構(gòu)，且彈性連接臂背向上部平板呈彈性弧形彎曲狀。?

所述中部固定臺(tái)呈矩形，所述彈性連接臂包括第一連接臂分體以及第二連接臂分體，第一連接臂分體為矩形狀中部固定臺(tái)的其中一個(gè)對(duì)角向外延伸而形成，且第一連接臂分體的延伸端部設(shè)置端耳，第二連接臂分體為薄板彈片構(gòu)件，且第二連接臂分體的一端與端耳連接，另一端則與彈性連接塊連接，所述第二連接臂分體與彈性連接塊的連接端位于中部固定臺(tái)下側(cè)，同時(shí)第二連接臂分體與彈性連接塊的連接端相應(yīng)于上部平板呈上下移動(dòng)。?

所述直線超聲電機(jī)為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)，包括金屬基板以及壓電陶瓷片；所述壓電陶瓷片具有三個(gè)極化方向相同的極化分區(qū)，其中：所述的三個(gè)極化分區(qū)中，位于中部的為彎振極化分區(qū)，而位于兩側(cè)的則為縱振極化分區(qū)；所述金屬基板包括基板本體，該基板本體的一側(cè)與壓電陶瓷片復(fù)合成一體，另一側(cè)的兩端則分別設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足，第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足分別與壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)相對(duì)設(shè)置；所述彎振極化分區(qū)、縱振極化分區(qū)分別與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接，以分別對(duì)應(yīng)地促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、縱振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，所述金屬基板以一階彎曲振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力、以局部微幅振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力的超聲振動(dòng)減摩模態(tài)；所述彈性足與微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的連接部位為一階彎曲振動(dòng)模態(tài)的節(jié)線位置。?

所述壓電陶瓷片彎振極化分區(qū)的激勵(lì)電源為連續(xù)式方波信號(hào)、壓電陶瓷片兩側(cè)縱振極化分區(qū)的激勵(lì)電源為兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)；壓電陶瓷片的彎振極化分區(qū)在連續(xù)式方波信號(hào)的激發(fā)下，促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，連續(xù)式方波信號(hào)的激勵(lì)頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1相等；壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)在兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)的激發(fā)下，促使金屬基板兩側(cè)縱振極化分區(qū)的相對(duì)端分別產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，間隔式正弦信號(hào)的間隔頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1接近，所述間隔式正弦信號(hào)的激勵(lì)頻率與局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2相等；且局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2遠(yuǎn)大于一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1。?

所述局部微幅振動(dòng)模態(tài)為一階局部彎振模態(tài)或者一階局部縱振模態(tài)。?