[發明專利]一種壓電驅動的旋轉運動裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202010050002.7
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111245289A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 李建平;萬嫩;陳松;張忠華;姚佳峰;黃晶石;趙桐;劉夏儀;宋振忠
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于精密驅動領域，具體涉及一種壓電驅動的旋轉運動裝置及其控制方法。本發明解決了尺蠖型壓電驅動裝置結構復雜、控制困難的技術問題。該裝置包括驅動單元、鉗位單元、轉子、螺釘和底座；驅動單元和鉗位單元通過螺釘安裝在底座上；該裝置通過對電壓信號的時序控制，使驅動單元和鉗位單元交替協同工作，可實現大行程高精度旋轉運動，可應用于精密超精密機械加工、微機電系統、微操作機器人、生物技術、航空航天等領域。

技術領域

本發明涉及一種微納精密驅動裝置，特別涉及壓電驅動的旋轉運動裝置及其控制方法。

背景技術

具有微/納米級定位精度的精密驅動技術是超精密加工與測量、光學工程、智能機器人、現代醫療、航空航天科技等高尖端科學技術領域中的關鍵技術。為實現微/納米級的輸出精度，現代精密驅動技術的應用對驅動裝置的精度提出了更高要求。傳統的驅動裝置輸出精度低，整體尺寸大，無法滿足現代先進科技技術中精密系統對微/納米級高精度和驅動裝置尺寸微小的要求。壓電驅動裝置具有體積尺寸小、位移分辨率高、輸出負載大、能量轉換率高等優點，能實現微/納米級的輸出精度，已經越來越多地被應用到微定位和精密超精密加工中。尺蠖壓電驅動裝置在獲得較大輸出行程的同時能夠保證較高的輸出精度與承載能力，受到了研究學者的廣泛關注。尺蠖型驅動裝置通常需采用兩路鉗位單元、一路驅動單元，多路時序控制，存在結構復雜、控制困難的問題，不利于尺蠖型壓電驅動的實際應用。因此，有必要設計一種能簡化結構和控制的壓電驅動裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種壓電驅動的旋轉運動裝置及其控制方法，解決現有技術存在的上述問題。本發明通過電壓信號的時序控制，使一組驅動單元和一組鉗位單元交替協同工作，可實現大行程高精度旋轉驅動，同時能有效簡化裝置結構和控制。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種壓電驅動的旋轉運動裝置，包括驅動單元、鉗位單元、轉子、螺釘和底座，驅動單元和鉗位單元通過螺釘安裝在底座上；所述裝置通過時序控制使驅動單元和鉗位單元交替協同工作，驅動轉子做旋轉運動。

所述的驅動單元包括壓電疊堆、柔性鉸鏈機構、預緊楔塊；壓電疊堆安裝于柔性鉸鏈機構內，通過預緊楔塊進行預緊；柔性鉸鏈機構為“傘型”，包含四個半圓弧形薄壁柔性鉸鏈，通過螺釘可調節柔性鉸鏈機構與轉子間的初始預緊力，頂部弧形凸起部分與轉子接觸，壓電疊堆得電伸長可推動弧形凸起部分頂緊轉子并帶動轉子旋轉。

所述的鉗位單元包括壓電疊堆、柔性鉸鏈機構、預緊楔塊；壓電疊堆安裝于柔性鉸鏈機構內，通過預緊楔塊進行預緊；柔性鉸鏈機構包含四個薄壁柔性鉸鏈，通過螺釘可調節柔性鉸鏈機構與轉子間的初始預緊力，弧形凸起部分與轉子接觸，壓電疊堆得電伸長可推動弧形凸起部分頂住轉子實現鉗位。

一種壓電驅動的旋轉運動裝置的控制方法，包括以下步驟：

第①步，初始狀態：調節螺釘來控制柔性鉸鏈機構與轉子間的初始預緊力；采用兩組電壓信號分別控制驅動單元、鉗位單元；驅動單元和鉗位單元的壓電疊堆都不帶電；

第②步，驅動單元推動轉子旋轉；

第③步，鉗位單元對轉子進行鉗位；

第④步，驅動單元恢復到初始狀態；

第⑤步，鉗位單元恢復到初始狀態，一個運動周期結束；

第⑥步，重復上述步驟，驅動單元和鉗位單元交替工作，該驅動裝置可實現大行程高精度旋轉運動。

本發明的主要優勢在于：通過電壓信號的時序控制使一組驅動單元和一組鉗位單元交替協同工作，可實現微納米級大行程旋轉運動，同時可以有效簡化裝置結構和控制。該裝置可應用于精密超精密加工、微操作機器人、微機電系統、大規模集成電路制造、生物技術等重要科學工程領域。

附圖說明