[實用新型]一種實現單向運動的慣性粘滑式跨尺度運動平臺

有效

• 申請號: 201420744524.7
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN204231226U
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 鐘博文;金子祺;陳林森;王振華;錢哲;李宗偉;孫立寧
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本實用新型屬于精密運動技術領域，具體涉及一種實現單向運動的慣性粘滑式跨尺度運動平臺。

背景技術

隨著微/納米技術的快速發展,在光學工程、微電子制造、航空航天技術、超精密機械制造、微機器人操作、生物醫學及遺傳工程等技術領域的研究都迫切需要亞/微米級、微/納米級的超精密驅動機構。

具有納米級運動分辨率，又具有毫米級運動行程的跨尺度精密運動技術是目前微驅動領域中的關鍵技術。由于慣性粘滑驅動相對于其他類跨尺度運動驅動方式的驅動原理簡單、方便、控制簡單，且具有運動范圍大、分辨率高、結構簡單、易微小化和精確定位等優點，因此慣性粘滑驅動是目前出現的跨尺度驅動中應用較多的一種方式。慣性粘滑驅動的工作原理主要是以摩擦力作為驅動源，利用粘滑效應實現被驅動體的微小移動，具體地，被驅動體依靠鋸齒形電壓激勵壓電振子的不對稱振動所形成的動靜摩擦力之間的差異來最終實現跨尺度精密運動。

壓電陶瓷致動器是近幾年發展起來的新型微位移器件，它以體積小、驅動力大、分辨率高、易于控制等優點作為驅動元件在精密機械當中得到廣泛的應用。壓電陶瓷是利用壓電材料的逆壓電效應來工作的，僅依靠外加電場的大小就能夠實現驅動。壓電陶瓷克服了以往機械式、液壓式、氣動式、電磁式等執行器慣性大、響應慢、結構復雜、可靠性差等不足，具有體積小、結構緊湊、無機械摩擦、無間隙、分辨率高、響應快、無發熱、不受磁場干擾、可在低溫，真空環境下使用等優點，被廣泛應用于微定位技術中，這種可控的精密微位移執行器必將在今后諸多技術領域中發揮難以估量的作用。

如前所述，雖然壓電陶瓷致動器具有高精密位移輸出的優點,但同時其輸出位移相當微小,不能滿足有較大微位移輸出要求的應用場合,在實際應用中常常需要將壓電陶瓷致動器的輸出位移進行累加，以滿足大行程高精確定位的需要。目前根據壓電陶瓷構造的精密驅動裝置，按照其工作方式主要可以分為：直接驅動式、杠桿放大式、橢圓放大式及菱形放大式和尺蠖式精密定位平臺。

其中，直接驅動式精密定位平臺主要采用壓電陶瓷直接驅動雙平行板柔性機構，運用此機構可以在原理上消除耦合位移且位移分辨率很高，但壓電體變形很小，使得定位機構的運動行程非常有限，在實際應用上受到了很大限制，現有技術中，公開號為202695554U的實用新型專利公布了相關技術。

杠桿放大式精密定位平臺的主要目的是將壓電陶瓷的運動范圍進行放大，通過杠桿放大原理，以及具有旋轉副的柔性鉸鏈機構實現沿支點的旋轉，通過杠桿機構進行放大，其放大倍數可以達到2-3倍。使得由壓電陶瓷驅動的精密定位平臺的運動范圍有效地提高，但是在運動范圍放大的同時，也由于杠桿式放大存在微小的角度變化，因此會對最終實現的放大位移帶來微小的角度誤差。現有技術中，公開號為2587600的實用新型專利、公開號為103111990A的發明專利、歐洲專利局公開的EP0624912A1和DE4315238A1專利公布了相關技術。

橢圓放大式和菱形放大式精密定位平臺采用壓桿失穩原理實現運動放大，運動放大機構基于材料力學中的壓桿失穩原理設計而成。當壓電陶瓷伸長時，機構兩端受到由內向外的推力，圓弧形薄壁殼的曲率發生變化，其弧面最高點發生向下移動，向下的位移量比陶瓷自身的伸長位移要大得多，即位移被放大。但此類機構圓弧處應力較大，易產生應力集中。現有技術中，公開號為2628237和2726829的實用新型專利公布了相關技術。

尺蠖式精密定位平臺因仿照生物界爬行動物運動原理而得名。它是將壓電體的微小振動位移經過某種方式轉換后即可形成連續的或步進的精密位移驅動機構。與直動式機構的差別在于通過箝位裝置的使用，使得機構能夠實現大行程的精密位移。圖1是現有技術中尺蠖式精密定位平臺的主要結構示意圖。如圖1所示，1、3是可以徑向伸縮的壓電圓筒，與直桿之間留有微小的間隙，2可以軸向伸縮的圓管。當控制驅動電路，使1收縮壓緊在直桿上，同時3張開而2伸長，3向右移動了一步，然后3收縮加緊，1張開，2縮短，則1向右移動了一步。這樣由1、2、3成的移動件整體即向右移動了一步，如此循環往復，即形成了連續的精密位移。現有技術中，申請號分別為201110245339.4、201310202368.1、201210475674.8和201310491303.3的發明專利公布了相關技術。