[發(fā)明專利]一種抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器回退運(yùn)動(dòng)的力控裝置與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010563873.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111614284A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃虎;吳昊;項(xiàng)非凡;馮藝揚(yáng);狄琳森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/04
• 分類號(hào): H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器回退運(yùn)動(dòng)的力控裝置與方法，屬于精密機(jī)械領(lǐng)域。裝置包括驅(qū)動(dòng)單元、預(yù)緊力調(diào)整單元和基座。裝置的驅(qū)動(dòng)單元和預(yù)緊力調(diào)控單元分別通過(guò)螺釘與基座連接。通過(guò)旋轉(zhuǎn)預(yù)緊力調(diào)整單元中水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，可以調(diào)整圓弧形鉸鏈與導(dǎo)軌之間的預(yù)緊力。通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元中水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，可以調(diào)整桿形鉸鏈與導(dǎo)軌之間的初始間隙。在特定的預(yù)緊力作用下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元中壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電壓快速下降時(shí),預(yù)緊力調(diào)整單元中圓弧形鉸鏈由于預(yù)緊力作用產(chǎn)生的摩擦力平衡了驅(qū)動(dòng)單元引起回退運(yùn)動(dòng)的摩擦力,從而抑制壓電驅(qū)動(dòng)器的回退運(yùn)動(dòng)，提高粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器回退運(yùn)動(dòng)的力控裝置與方法。

背景技術(shù)

壓電驅(qū)動(dòng)器是利用壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)制作的機(jī)械裝置，其基本原理是基于壓電陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)，控制機(jī)械變形產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。由于壓電驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)速度快、輸出力較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，其在精密/超精密加工、微型機(jī)械以及生物醫(yī)學(xué)工程等前沿科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

但是目前報(bào)道的驅(qū)動(dòng)器都具有不同程度的缺陷。尺蠖仿生式壓電驅(qū)動(dòng)器雖然具有輸出力大、分辨率高且回退運(yùn)動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件裝配困難、控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。寄生運(yùn)動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器、慣性式壓電驅(qū)動(dòng)器以及粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配容易、控制方便，但是其承載能力低、自鎖性能差、具有較為嚴(yán)重的回退現(xiàn)象，很難保證運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，如何解決壓電驅(qū)動(dòng)器中的回退問(wèn)題，進(jìn)而改善其輸出性能，擴(kuò)大其應(yīng)用前景，是一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。

本發(fā)明從力學(xué)角度著手，通過(guò)預(yù)緊力調(diào)控單元對(duì)導(dǎo)軌施加預(yù)緊力，從而對(duì)粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器的輸出性能進(jìn)行調(diào)控，消除其回退運(yùn)動(dòng)并增強(qiáng)其自鎖性。本發(fā)明在消除回退運(yùn)動(dòng)、改善輸出性能的同時(shí)繼承了粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配容易、控制方便的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器在精密機(jī)械與裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器回退運(yùn)動(dòng)的力控裝置與方法，實(shí)現(xiàn)粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器的回退運(yùn)動(dòng)的有效抑制。通過(guò)旋轉(zhuǎn)預(yù)緊力調(diào)整單元中水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，可以調(diào)整圓弧形鉸鏈與導(dǎo)軌之間的預(yù)緊力。通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元中水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋鈕，可以調(diào)整桿形鉸鏈與導(dǎo)軌之間的初始間隙。在特定的預(yù)緊力作用下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元中壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電壓快速下降時(shí),預(yù)緊力調(diào)整單元中圓弧形鉸鏈由于預(yù)緊力作用產(chǎn)生的摩擦力平衡了驅(qū)動(dòng)單元引起回退運(yùn)動(dòng)的摩擦力,從而顯著地抑制了壓電驅(qū)動(dòng)器的回退運(yùn)動(dòng)，提高了粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。本發(fā)明為抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器的回退運(yùn)動(dòng)提供了一個(gè)新裝置和方法，同時(shí)可擴(kuò)展應(yīng)用到其他原理的壓電驅(qū)動(dòng)器中，適用范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

抑制粘滑式壓電驅(qū)動(dòng)器回退運(yùn)動(dòng)的力控裝置包括驅(qū)動(dòng)單元、預(yù)緊力調(diào)整單元及基座(1)，所述驅(qū)動(dòng)單元、預(yù)緊力調(diào)控單元分別通過(guò)螺釘與基座(1)連接。所述的驅(qū)動(dòng)單元由導(dǎo)軌滑塊固定端(2)、滑塊(3)、導(dǎo)軌(4)、壓電疊堆(5)、楔形塊(6)、桿形鉸鏈(7)和水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)組成，所述壓電疊堆(5)通過(guò)調(diào)整楔形塊(6)采用過(guò)盈配合的方式安裝在桿形鉸鏈(7)的凹槽內(nèi)，桿形鉸鏈(7)通過(guò)螺釘與水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)的上端面相連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(8)的旋鈕對(duì)驅(qū)動(dòng)單元中桿形鉸鏈(7)與導(dǎo)軌(4)之間的初始間隙進(jìn)行調(diào)整，滑塊(3)通過(guò)螺釘與導(dǎo)軌滑塊固定端(2)相連接，導(dǎo)軌(4)可以沿著滑塊的方向進(jìn)行水平移動(dòng)。

所述的預(yù)緊力調(diào)整單元主要包括圓弧形鉸鏈(9)和水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)，所述圓弧形鉸鏈(9)通過(guò)螺釘與水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)的上端面相連接，水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)通過(guò)螺釘與基座(1)的上端面相連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)水平微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)的旋鈕對(duì)圓弧形鉸鏈(9)與導(dǎo)軌(4)之間的預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整。