[發(fā)明專利]一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310236477.9
• 申請(qǐng)日: 2023-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116526888A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章陽(yáng)坤;周勝;朱宇航;陸文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): H02N2/02
• 分類號(hào): H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 北京知藝互聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16137
• 代理人: 孟晨光

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法，包括基座，所述基座上設(shè)置有壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器，所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的一端設(shè)置有定子，所述定子包括麥芒尖端、連接麥芒尖端與壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的柔性鉸鏈，所述麥芒尖端的一側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置有動(dòng)子。本發(fā)明采用上述的一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法，不需要設(shè)置非對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)粘滑驅(qū)動(dòng)，同時(shí)簡(jiǎn)化控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法。

背景技術(shù)

微納驅(qū)動(dòng)技術(shù)是裝備制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于精密制造，微納技術(shù)，通訊設(shè)備等諸多領(lǐng)域。壓電電機(jī)基于壓電材料的逆壓電效應(yīng)而制作，具有響應(yīng)速度快、分辨率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小以及不受電磁干擾等特點(diǎn)，在特殊環(huán)境下的微納驅(qū)動(dòng)中得到了廣泛應(yīng)用。利用壓電電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件設(shè)計(jì)制造的各類驅(qū)動(dòng)器通常具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易控制等優(yōu)點(diǎn)。

粘滑驅(qū)動(dòng)是使驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期中產(chǎn)生“粘滯”和“滑動(dòng)”兩個(gè)過(guò)程，“粘滯”過(guò)程的輸出位移即為一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期的輸出位移，現(xiàn)有壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器為實(shí)現(xiàn)有效的粘滑驅(qū)動(dòng)，避免在“滑動(dòng)”過(guò)程中摩擦力仍較大，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生回退，往往采用非對(duì)稱電壓信號(hào)對(duì)壓電電機(jī)進(jìn)行激勵(lì)，利用逆壓電效應(yīng)使壓電材料緩慢伸長(zhǎng)和快速縮短，兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦力不同而實(shí)現(xiàn)“粘滯”和“滑動(dòng)”兩個(gè)過(guò)程。但這種方式通常具有控制復(fù)雜，效率低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法，不需要設(shè)置非對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)粘滑驅(qū)動(dòng)，同時(shí)簡(jiǎn)化控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法，包括基座，所述基座上設(shè)置有壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器，所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的一端設(shè)置有定子，所述定子包括麥芒尖端、連接麥芒尖端與壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的柔性鉸鏈，所述麥芒尖端的一側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌上設(shè)置有動(dòng)子。

優(yōu)選的，所述動(dòng)子表面設(shè)置有一定的粗糙度，所述柔性鉸鏈?zhǔn)苻D(zhuǎn)矩能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，所述麥芒尖端與動(dòng)子表面呈傾斜設(shè)置，麥芒尖端沿該角度方向呈直線運(yùn)動(dòng)。

包括以下步驟：

S1：初始狀態(tài)下，所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)，麥芒尖端與動(dòng)子間未接觸；

S2：所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器通入電壓直至最大值U，壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器變形伸長(zhǎng)，定子沿該方向向前運(yùn)動(dòng)，直至與動(dòng)子表面接觸，柔性鉸鏈發(fā)生變形，麥芒尖端與動(dòng)子表面不平整微峰像棘齒一樣卡住，會(huì)產(chǎn)生較大摩擦力，形成“粘滯”過(guò)程帶動(dòng)動(dòng)子沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；

S3：所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器電壓減小至0，壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器逐漸恢復(fù)原長(zhǎng)，麥芒尖端與動(dòng)子逐漸脫離接觸并恢復(fù)到初始位置，由于柔性鉸鏈具有一定的彈性，該過(guò)程產(chǎn)生的摩擦力遠(yuǎn)小于上一階段，形成“滑動(dòng)”過(guò)程，從而不帶動(dòng)動(dòng)子回退。

優(yōu)選的，所述電壓最大值

其中，U≈KL，K：與壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的常數(shù)，L:壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器伸長(zhǎng)距離，D：動(dòng)子移動(dòng)距離，

優(yōu)選的，在步驟S3中，動(dòng)子不發(fā)生位移，維持在步驟S2結(jié)束時(shí)的位置。

優(yōu)選的，在一個(gè)對(duì)稱的電壓周期中，麥芒尖端與動(dòng)子表面依次經(jīng)歷“粘滯”和“滑動(dòng)”兩個(gè)階段，“粘滯”階段麥芒尖端推動(dòng)動(dòng)子沿直線導(dǎo)軌向前運(yùn)動(dòng)D,“滑動(dòng)”階段麥芒尖端不帶動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)而回到初始位置，故在一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)子的位移為D。

優(yōu)選的，所述壓電直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的單向運(yùn)動(dòng)。

因此，本發(fā)明采用上述一種具有異向摩擦特性的交替步進(jìn)壓電粘滑驅(qū)動(dòng)器及方法，其技術(shù)效果如下：