[發明專利]一種壓電螺紋驅動式一維定位平臺

在審

• 申請號: 202010746875.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111854663A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 潘巧生;許濤;胡晉升;黃震;尹靜;李偉;李明夏;曹龍軒
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B21/00;G01B11/00;G01B11/03;H02N2/04
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及一種壓電螺紋驅動式一維定位平臺，屬于精密驅動與定位技術領域。包括定位工作臺、升降機構、驅動機構和基座；驅動機構為由定子和轉子組成的壓電螺紋驅動器；定子由四個結構相同的壓電換能器和法蘭螺母組成，轉子為螺桿；四個壓電換能器位于基座內，且分別通過柔性鉸鏈連接著螺母座的外圓周；法蘭螺母固定在螺母座軸向一端，法蘭螺母與螺桿配合連接；螺桿的上端與定位工作臺的底面接觸；當采用兩組頻率相同、幅值相同、且相位差為π/2的正弦交流電壓，作為兩組形成正交排列的四個壓電換能器的驅動信號時，驅動螺桿獲得轉動速度，產生順時針或逆時針方向的旋轉運動，并轉換成軸向的直線運動，從而推動定位工作臺產生向上或向下的升降運動。

技術領域

本發明屬于精密驅動與定位技術領域，具體地說，它是一種壓電螺紋驅動式一維定位平臺。

背景技術

傳統三坐標測量機的定位平臺大多利用電磁電機做為驅動部件，常使用的是直流伺服電機。直流伺服電機具有良好的伺服特性和較寬的調速范圍，但是結構比較復雜，設備成本較高，且在工作過程中較易收到磁場干擾。與傳統電磁電機相比，壓電電機具有結構簡單、響應快、無電磁干擾、斷電自鎖等特點，在精密定位系統中得到了廣泛應用，在其中應用最為廣泛的為尺蠖型壓電電機。尺蠖型壓電電機主要由預緊機構、切向壓電制動器、縱向壓電制動器、滑塊組成。以該類型壓電電機為驅動源的精密定位系統能達到較高的定位精度，且結構相較于電磁定位平臺而言并不復雜，成本也相對較低，且比如結構簡單、無電磁干擾等，因此能很好地彌補傳統電磁定位系統的不足，也有利于滿足未來機電系統微型化、集成化的要求。

但是尺蠖型壓電電機一般工作在準靜態下，機電轉換效率較低，且驅動復雜。而且尺蠖壓電定位系統的定位行程短僅為毫米級別、定位速度小在10mm/s之內，驅動力較小，整體限制較多，降低了壓電電機在定位系統中的應用場景。

隨著定位系統的不斷發展，其所需的性能指標越來越多樣化，對于光學定位平臺，穩定性好，定位精度高是它的基本要求，對于較大的定位行程和較快的定位速度要求不高；而在一些高精度機械加工系統中，常常要求馬達能夠在低轉速下提供高輸出力，同時滿足定位精度的要求，并且能夠提供大定位行程。隨著壓電馬達技術的不斷發展，壓電馬達在定位平臺上的應用潛力被不斷挖掘。因此如何突破壓電馬達的應用局限，以擴展其在定位系統中的應用范圍，以滿足多樣化的定位需求，成為近些年來人們研究的熱點。

發明內容

為了實現更大的軸向輸出力、更快的定位速度以及更大的定位行程，并滿足較高的定位精度，以拓展壓電馬達在定位系統中的應用范圍，本發明提供一種壓電螺紋驅動式一維定位平臺。

一種壓電螺紋驅動式一維定位平臺包括定位工作臺1、升降機構、驅動機構和基座6；所述定位工作臺1為四邊形；所述升降機構包括四根升降軸3，四根升降軸3均布在基座6的周邊上，每根升降軸上設有滑塊2；所述定位工作臺1的四個角分別固定連接著對應的滑塊2，定位工作臺1位于基座6的上方；所述驅動機構位于基座6內。

所述驅動機構為壓電螺紋驅動器7，所述壓電螺紋驅動器7由定子和轉子組成；所述定子由四個結構相同的壓電換能器、螺母座75和法蘭螺母76組成，所述四個壓電換能器為第一壓電換能器71、第二壓電換能器72、第三壓電換能器73和第四壓電換能器74,兩個一組形成正交排列；所述轉子為螺桿77；兩組形成正交排列的四個壓電換能器的一側外部分別通過柔性鉸鏈751連接著螺母座75的外圓周，四個壓電換能器的另一側分別固定連接著基座6內壁；螺母座75的軸向一端固定設有法蘭螺母76，法蘭螺母76配合連接在螺桿77上；螺桿77的上端與定位工作臺1的底面接觸；

當采用兩組頻率相同、幅值相同、且相位差為π/2的正弦交流電壓，作為兩組形成正交排列的四個壓電換能器的驅動信號時，驅動螺桿77獲得轉動速度，產生順時針或逆時針方向的旋轉運動，并轉換成軸向的直線運動，從而推動定位工作臺1產生向上或向下的升降運動。

進一步限定的技術方案如下：