[發(fā)明專利]具有定量可調自適應預緊功能的大載荷壓電驅動裝置

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• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN109194191A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙宏偉;王吉如;張艷慧;徐博文;王趙鑫;孫一帆;李磊;李文博;秦峰;劉思含
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種具有定量可調自適應預緊功能的大載荷壓電驅動裝置，屬于精密驅動領域。包括底座、主預緊模塊、柔性機構模塊、導軌滑塊模塊、輸出模塊，主預緊模塊用于提供柔性機構模塊與輸出模塊之間的驅動預緊力，柔性機構模塊用于驅動輸出模塊，導軌滑塊模塊用于實現(xiàn)柔性機構模塊沿輸出模塊法向的運動，輸出模塊用于搭載或連接驅動目標。優(yōu)點在于：可定量調節(jié)驅動預緊力和壓電疊堆預緊力改變工作性能，可克服由制造、裝配誤差造成的驅動預緊力波動，輸出穩(wěn)定可靠的直線精密位移，且體積小、結構緊湊、控制簡單，可應用于顯微操作、醫(yī)學工程、精密儀器等領域。載荷輸出大，工作行程取決于導軌長度，可實現(xiàn)大行程。

技術領域

本發(fā)明涉及精密驅動領域，特別涉及一種具有定量可調自適應預緊功能的大載荷壓電驅動裝置。可應用于顯微操作、醫(yī)學工程、精密儀器等領域。

背景技術

壓電驅動技術作為一種新型的驅動方式，具有高位移精度、大功率密度、無電磁干擾、超高真空兼容等優(yōu)點，逐漸應用于精密驅動裝置中，尤其受到顯微操作、醫(yī)學工程、精密儀器等領域的關注。目前壓電驅動裝置大多數(shù)基于尺蠖驅動原理、粘滑慣性驅動原理與超聲驅動原理，其中粘滑慣性原理可實現(xiàn)理論上無限長的位移，并且可通過對位移進行閉環(huán)控制實現(xiàn)亞納米級定位精度，但其工作性能對柔性機構模塊和輸出模塊之間的驅動預緊力和壓電疊堆預緊力有嚴格的要求，且其輸出力較小。另外由于裝置在制造和裝配過程中會產生無法避免的誤差，使壓電驅動裝置在工作過程中產生預緊力的波動，嚴重影響壓電驅動裝置輸出的穩(wěn)定可靠性。因此設計一種具有可定量調節(jié)預緊力、能夠針對制造、裝配誤差造成的預緊力波動進行自適應調節(jié)、并能承受大載荷的壓電驅動裝置具有重要的應用與研究意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有定量可調自適應預緊功能的大載荷壓電驅動裝置，解決了現(xiàn)有技術存在的上述問題。本發(fā)明采用了集成力傳感器的主預緊模塊和柔性機構模塊，能夠實現(xiàn)對驅動預緊力和壓電疊堆預緊力的定量調節(jié)以達到最優(yōu)工作性能，其中主預緊模塊采用了自適應墊以解決制造、裝配誤差造成的預緊力波動；柔性機構模塊中驅動柔性機構的漸變柔性足能夠同時推動和壓緊輸出模塊中的導軌以增大驅動摩擦力，整個驅動裝置基于粘滑慣性驅動原理，能夠實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的大載荷直線運動。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

具有定量可調自適應預緊功能的大載荷壓電驅動裝置，包括底座16、主預緊模塊、柔性機構模塊、導軌滑塊模塊、輸出模塊，所述主預緊模塊固定在底座16上，柔性機構模塊固定在導軌滑塊模塊上，導軌滑塊模塊、輸出模塊分別固定在底座16上。

所述的主預緊模塊包括主預緊柔性機構1、楔形塊組A2、預緊螺釘A3、自適應墊4、力傳感器A5，所述主預緊機構1通過螺釘固定于底座16上；所述楔形塊A2置于主預緊柔性機構1的安裝槽內，在預緊過程中受到預緊螺釘A3的推動并對推動位移進行比例縮小、增大分辨率后，推動主預緊柔性機構在直板型柔性鉸鏈A1-1位置產生形變；所述預緊螺釘A3裝配于主預緊柔性機構1的螺紋孔中，在預緊過程中將自身旋轉轉化為直線運動推動楔形塊組A2。

所述的自適應墊4置于力傳感器A5和主預緊柔性機構1之間，在預緊過程中被夾緊定位，在工作過程中通過彈性變形與回復，吸收由于制造、裝配誤差而發(fā)生的預緊力波動；所述力傳感器A5置于自適應墊4和主預緊柔性機構1之間，并嵌于底座16的定位槽16-1內以避免側向滑動，用于實時獲取主預緊模塊提供的驅動預緊力數(shù)值以便于定量調整。

所述的柔性機構模塊包括驅動柔性機構6、楔形塊組B7、預緊螺釘B8、力傳感器B9、壓電疊堆10，所述驅動柔性機構6通過螺釘固定在導軌滑塊模塊的連接板13上，直板型柔性鉸鏈B6-1可在楔形塊組B7的推動下產生形變并對壓電疊堆10進行預緊，直板型柔性鉸鏈C6-2用于在壓電疊堆10伸長時產生形變推動漸變柔性足6-3運動，漸變柔性足6-3通過繞直圓型柔性鉸鏈6-4旋轉推動輸出模塊的滑塊15，與此同時產生垂直于推動方向的形變壓迫滑塊15增大預緊力，進而增加驅動摩擦力實現(xiàn)大載荷輸出。