[發(fā)明專利]一種可大行程測距的壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置的測距方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110500795.2
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113114067B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃虎;陳煒威;李軒;王馗灃;孫強(qiáng);劉艷偉;徐智;孫午向
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/06
• 分類號(hào): H02N2/06;G01B7/02
• 代理公司: 長春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種可大行程測距的壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置與測距方法，該驅(qū)動(dòng)裝置由導(dǎo)軌滑塊、驅(qū)動(dòng)單元、預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)、固定基座四個(gè)部分組成。給驅(qū)動(dòng)裝置中的壓電疊堆輸入周期性鋸齒形驅(qū)動(dòng)電壓可實(shí)現(xiàn)滑塊的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓的幅值和頻率可改變驅(qū)動(dòng)裝置的步進(jìn)位移和速度。該驅(qū)動(dòng)裝置的創(chuàng)新之處在于可通過測量應(yīng)變片應(yīng)變換算出滑塊的運(yùn)動(dòng)位移，理論上可用于無限行程的位移測量。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點(diǎn)，在精密加工、精密測量、微納操作等需要高定位精度和大行程位移輸出的領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，特別涉及一種可大行程測距的壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置與測距方法，在精密加工、精密測量、微納操作等需要高定位精度和大行程位移輸出的領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)

近年來，隨著超精密加工、精密光學(xué)、航空航天、信息通訊等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)的需求和要求也逐漸增加，而傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置如齒輪傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)等大尺寸驅(qū)動(dòng)裝置已無法滿足現(xiàn)代科技諸多領(lǐng)域?qū)茯?qū)動(dòng)與定位需求。小空間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)微/納米級(jí)運(yùn)動(dòng)輸出成了研究人員的重點(diǎn)研究方向。在此背景下，壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)因其結(jié)構(gòu)簡單、容差性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、輸出精度高等優(yōu)點(diǎn)，使其在諸多新型驅(qū)動(dòng)裝置中脫穎而出，被廣泛應(yīng)用于各類精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。

壓電驅(qū)動(dòng)裝置是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)控制材料的機(jī)械變形來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按驅(qū)動(dòng)原理的不同可分為兩大類：直動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置和步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置。其中直動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置是利用壓電材料直接驅(qū)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)，輸出行程較短；步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置采用步進(jìn)運(yùn)動(dòng)方式可用于大行程位移輸出的場合。粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置屬于步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置，它控制簡單，大多通過周期性鋸齒形驅(qū)動(dòng)電壓施加于壓電元件，激發(fā)定子產(chǎn)生快慢交替的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了定子與動(dòng)子在“粘”階段與“滑”階段的相互轉(zhuǎn)換，利用動(dòng)子與定子接觸表面間的摩擦力實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)輸出。步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)大行程的位移輸出，但是測量其運(yùn)動(dòng)輸出的位移傳感器大多僅限于短距離精確測量，無法兼顧大行程與高精度的雙重要求；在長距離測量過程中，位移傳感器精度會(huì)大幅度降低，無法對動(dòng)子位移進(jìn)行精確反饋，為大行程步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置的位移測量和運(yùn)動(dòng)反饋帶來了困難。由上述分析可以看出，如何實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置的大行程位移測量是目前研究人員迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可大行程測距的壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置與測距方法，解決目前對于步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)裝置的大行程位移測量的問題。本發(fā)明在壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置中集成應(yīng)變檢測單元，檢測每步運(yùn)動(dòng)過程中的電壓變化，通過測量電壓的累積，來換算出驅(qū)動(dòng)裝置的總位移，實(shí)現(xiàn)大行程位移測量。本發(fā)明提出的位移測量方法，可拓展應(yīng)用于不同結(jié)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)裝置。

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

一種可大行程測距的壓電粘滑式驅(qū)動(dòng)裝置，包括導(dǎo)軌滑塊2，驅(qū)動(dòng)單元、預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9和固定基座1四部分，預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9通過螺釘10安裝在固定基座1上；調(diào)整預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)足4與滑塊2-1的初始間隙，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)裝置的回退運(yùn)動(dòng)。

所述的驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)足4、柔性鉸鏈6、楔塊3、壓電疊堆5、應(yīng)變片7；所述壓電疊堆5與楔塊3通過緊配合安裝在柔性鉸鏈6直圓鉸鏈處；所述應(yīng)變片7，分四片對稱布置在柔性鉸鏈6根部圓孔處；所述驅(qū)動(dòng)足4與滑塊2-1彈性接觸；所述螺釘8將柔性鉸鏈6固定于預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9上。

所述的導(dǎo)軌滑塊2通過螺釘10固定在固定基座1上。

本發(fā)明的測距方法為：

A)驅(qū)動(dòng)單元與預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9固連，調(diào)節(jié)預(yù)緊力加載機(jī)構(gòu)9可使驅(qū)動(dòng)足4與滑塊2-1 彈性接觸；