[實用新型]主動抑制寄生運動原理壓電驅動器回退運動的裝置

有效

• 申請號: 201920351683.3
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN209389958U
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 唐金巖;范昊寅;李濤;郭文鑫;楊曉峰;劉佳慧;黃虎
• 申請（專利權）人: 唐金巖
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 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

本實用新型涉及一種主動抑制寄生運動原理壓電驅動器回退運動的裝置，屬于精密機械領域。裝置包括基座、動子單元、驅動單元、預壓力調整單元。動子單元安裝在基座的凸臺上；預壓力調整單元通過螺釘固定在基座上；驅動單元通過螺釘安裝在預壓力調整單元上，分別用以實現動子的自由移動，初始間隙和預壓力的調整以及主動抑制回退現象的協同運動生成。優點在于：可顯著抑制回退運動，實現理想的步進運動，并能一定程度上消除系統非線性產生的影響，便于后續精密控制。在精密和超精密定位、精密測量、精密加工裝配、生物遺傳工程和材料表面性能檢測等領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本實用新型涉及精密機械領域，特別涉及一種主動抑制寄生運動原理壓電驅動器回退運動的裝置。本實用新型從原理上解決了寄生運動產生回退的問題，實現無回退的理想步進運動，便于后續精密控制。可用于精密定位、精密測量、精密光學、精密/超精密加工等領域實現高精度的直線定位。

背景技術

隨著對微/納米加工、定位、測量等需求的提升，高精度定位平臺的需求日益迫切。利用壓電材料制成的壓電疊堆，給其施加一定的驅動電壓，在其逆壓電效應作用下，可產生微納米尺度的位移。所以，壓電驅動技術因其高分辨率、響應速度快、能耗較低等優點，得到研究人員的廣泛關注。基于逆壓電效應，出現了各種不同的利用壓電疊堆實現精密定位的驅動器，主要分為兩大類：直動式和步進式。直動式壓電驅動器具有響應快、輸出精度高、輸出推力大等特點(Mechanical Systems and Signal Processing,99,747-759,2018)，主要分為有放大機構和無放大機構兩種，但其行程有限，即使有放大裝置一般也只有幾十微米，限制了其應用場合。步進式壓電驅動器通過步進累積的方式，可實現理論無限行程，得到大量應用。根據不同的驅動原理，步進式壓電驅動器主要包括：超聲壓電驅動、慣性式、粘滑式、尺蠖式、寄生式壓電驅動器等。超聲壓電驅動具有低噪聲、大扭矩、無回退現象等優點(Sensors and Actuators A:Physical,285,182-189,2019)，但由于其利用共振驅動原理，導致驅動器使用壽命較短、易磨損、散熱性能較差，且輸出曲線不穩定。慣性式和粘滑式驅動器具有控制簡單、響應速度快、成本低、結構簡單等優點，但其承載能力小，易產生傾覆力矩，且由于其具有不可避免的回退現象，其驅動性能和應用前景被大大地限制。尺蠖式壓電驅動器通過鉗位機構能夠實現較大的轉矩，理論無限行程與無回退現象(Sensors andActuators A: Physical,194,269-276,2013)，但是其結構較其它原理的驅動器要復雜許多，導致加工、裝配與控制困難，而且從驅動到鉗位運動之間的轉換存在較大的沖擊，在一定程度上削弱了其輸出運動的穩定性。寄生式壓電驅動器與粘滑式的特點類似，通過合理的結構設計，能夠在較為緊湊的空間內實現連續的直線(Review of ScientificInstruments,83,055002,2012)或旋轉驅動(Review of Scientific Instruments,84,096105,2013)，但寄生運動在另一個方向運動的同時增加了接觸壓力，造成了較大的附加摩擦力，使得其回退現象顯著，驅動效率和定位精度受到了限制。

綜上所述，目前的壓電驅動器，或可實現無回退的步進運動，但結構、加工、裝配與控制復雜，或結構、加工、裝配與控制相對簡單，但步進運動過程中有明顯的回退現象。由于回退現象的存在，粘滑式、寄生式和慣性式等類型的壓電驅動器的驅動性能均受到了極大的限制。因此，研制能夠抑制回退運動的粘滑式、寄生式和慣性式等類型的壓電驅動器是當前研究的熱點和難點，也是科學界與工業界迫切需要的。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種主動抑制寄生運動原理壓電驅動器回退運動的裝置，解決了現有技術存在的上述問題。本實用新型的主動抑制寄生運動原理壓電驅動器回退運動的裝置結構簡單，運動行程大。通過驅動單元的兩個壓電疊堆協同作用，有效抑制了寄生原理壓電驅動器產生的回退運動，實現了理想的無回退步進運動。借助本實用新型，可進一步提高寄生原理壓電驅動器的運動特性，擴大其應用領域與范圍，并可擴展適用于粘滑式等類型的壓電驅動器。