本發(fā)明涉及精密機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器及其驅(qū)動方法。可用于精密/超精密加工、精密光學(xué)與儀器、顯微操作、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、兼具大行程與高精度的驅(qū)動裝置在科學(xué)界與工業(yè)界均具有十分重要的應(yīng)用與需求。步進(jìn)式壓電精密驅(qū)動裝置因其高精度、快速響應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡潔、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，在精密加工、微納操作和精密儀器等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這類驅(qū)動裝置根據(jù)不同的工作原理主要可以分為尺蠖式、粘滑式、超聲式和慣性式。盡管工作原理各異，但這些壓電驅(qū)動裝置都是通過步進(jìn)位移的累積來達(dá)到大行程移動的目的。尺蠖式驅(qū)動裝置通?？梢蕴峁┹^大的輸出力，且輸出位移穩(wěn)定不后退，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配困難，限制了它的廣泛應(yīng)用。粘滑式驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)更簡單，控制也更容易，設(shè)計(jì)靈活，但輸出位移可能會有回退，且輸出力較弱。超聲式驅(qū)動裝置需在共振狀態(tài)下工作，設(shè)計(jì)復(fù)雜，定位的分辨率和精度較低，且在高頻運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動部件間的接觸會引起嚴(yán)重磨損。而慣性式驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)和控制相對簡單，但大多數(shù)存在傾覆力矩和大質(zhì)量懸臂的問題，導(dǎo)致驅(qū)動裝置的運(yùn)動不穩(wěn)定。以上所述的幾種壓電器在驅(qū)動過程中往往會產(chǎn)生較大的振動，這種振動會影響驅(qū)動精度，縮短設(shè)備的使用壽命。因此，如何減少壓電驅(qū)動器在工作時(shí)產(chǎn)生的振動，研制出具有穩(wěn)定、大行程、高速、大負(fù)載、結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、無傾覆力矩和大質(zhì)量懸臂問題的低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器目前依舊是個(gè)難點(diǎn)，也是急迫需要解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器及其驅(qū)動方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。當(dāng)連續(xù)鋸齒形驅(qū)動電壓施加于壓電疊堆時(shí)，對電磁鐵施加一定波形電壓對其進(jìn)行通電、斷電操作，基于慣性沖擊原理，沖擊慣性力與磁力的合力大于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)與摩擦塊之間的摩擦力，滑塊將產(chǎn)生穩(wěn)定、大行程的直線步進(jìn)運(yùn)動。

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

3、一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器，其特征在于：包括基礎(chǔ)單元、驅(qū)動單元、導(dǎo)軌滑塊；所述的導(dǎo)軌滑塊包括導(dǎo)軌、滑塊；所述的驅(qū)動單元包括柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、壓電疊堆和電磁鐵；所述的基礎(chǔ)單元包括鋼底座、預(yù)緊平臺、摩擦塊、凸臺；其中凸臺固定安裝在鋼底座中間，預(yù)緊平臺ⅰ和預(yù)緊平臺ⅱ對稱安裝于鋼底座兩端，摩擦塊ⅰ與摩擦塊ⅱ通過螺釘分別固定在預(yù)緊平臺ⅰ和預(yù)緊平臺ⅱ上，導(dǎo)軌固定在凸臺上，滑塊可在導(dǎo)軌上移動；調(diào)整預(yù)緊平臺ⅰ、預(yù)緊平臺ⅱ的旋鈕可控制柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)與摩擦塊ⅰ、摩擦塊ⅱ之間的接觸力；

4、所述的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)由主質(zhì)量塊、菱形放大機(jī)構(gòu)和慣性質(zhì)量塊三個(gè)部分組成并沿x軸順序排布；所述的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)通過對稱設(shè)置于主質(zhì)量塊兩側(cè)的柔性驅(qū)動足ⅰ、柔性驅(qū)動足ⅱ分別與摩擦塊ⅰ、摩擦塊ⅱ彈性接觸；所述的電磁鐵通過螺紋安裝孔ⅰ固定在慣性質(zhì)量塊上，且與鋼底座之間的正壓力為0；所述的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)通過螺紋安裝孔ⅱ與滑塊固定；所述的壓電疊堆嵌于菱形放大機(jī)構(gòu)中。

5、本發(fā)明的另一目的在于提供一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器的驅(qū)動方法，包括以下步驟：

6、a)給驅(qū)動單元的壓電疊堆施加對稱度為60％-100％的鋸齒形驅(qū)動電壓，同時(shí)在試驗(yàn)過程中通過給電磁鐵施加高、低電平信號對其進(jìn)行通電、斷電操作；在t0時(shí)刻，壓電疊堆驅(qū)動電壓與電磁鐵電信號均為低電平，整個(gè)機(jī)構(gòu)保持原樣；在t0-t1時(shí)刻，電磁鐵電信號保持低電平，壓電疊堆驅(qū)動電壓緩慢上升，壓電疊堆緩慢伸長，菱形放大機(jī)構(gòu)發(fā)生彈性變形，帶動慣性質(zhì)量塊和電磁鐵+x向移動，主質(zhì)量塊在摩擦塊作用下保持靜止不動；在t1-t2時(shí)刻，電磁鐵電信號變?yōu)楦唠娖剑瑝弘姱B堆電壓迅速下降，壓電疊堆迅速縮短，菱形放大機(jī)構(gòu)快速彈性回復(fù)到初始狀態(tài)，在電磁鐵與鋼底座間磁力以及電磁鐵與慣性質(zhì)量塊慣性力作用下，克服主質(zhì)量塊與摩擦塊之間的最大靜摩擦力，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)帶動滑塊沿x軸正向移動一段距離；重復(fù)該過程，可實(shí)現(xiàn)沿x軸正向的連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動；

7、b)調(diào)節(jié)壓電疊堆的驅(qū)動電壓幅值可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動步距的調(diào)控；調(diào)節(jié)壓電疊堆的驅(qū)動的頻率，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動速度的調(diào)控；

8、c)通過給壓電疊堆施加對稱度為0％-40％的鋸齒波驅(qū)動電壓，可以實(shí)現(xiàn)反向運(yùn)動。

9、本發(fā)明的有益效果在于：結(jié)構(gòu)簡單，通過本發(fā)明提供的低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器及其驅(qū)動方法，可以改善以往驅(qū)動器驅(qū)動過程中的振動，提高了大批量生產(chǎn)的可能性，并且提高了驅(qū)動器的驅(qū)動精度和設(shè)備穩(wěn)定性，擴(kuò)展了沖擊慣性壓電驅(qū)動器的應(yīng)用領(lǐng)域和適用場合。

技術(shù)特征：

1.一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器，其特征在于：包括基礎(chǔ)單元、驅(qū)動單元、導(dǎo)軌滑塊(7)；所述的導(dǎo)軌滑塊(7)包括導(dǎo)軌(7-1)、滑塊(7-2)；所述的驅(qū)動單元包括柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(3)、壓電疊堆(2)和電磁鐵(8)；所述的基礎(chǔ)單元包括鋼底座(1)、預(yù)緊平臺(4)、摩擦塊(5)、凸臺(6)；其中凸臺固定安裝在鋼底座中間，預(yù)緊平臺ⅰ(4-1)和預(yù)緊平臺ⅱ(4-2)對稱安裝于鋼底座(1)兩端，摩擦塊ⅰ(5-1)與摩擦塊ⅱ(5-2)通過螺釘分別固定在預(yù)緊平臺ⅰ(4-1)和預(yù)緊平臺ⅱ(4-2)上，導(dǎo)軌(7-1)固定在凸臺(6)上，滑塊(7-2)可在導(dǎo)軌(7-1)上移動；調(diào)整預(yù)緊平臺ⅰ(4-1)、預(yù)緊平臺ⅱ(4-2)的旋鈕可控制柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)(3)與摩擦塊ⅰ(5-1)、摩擦塊ⅱ(5-2)之間的接觸力；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器的驅(qū)動方法，其特征在于：包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種低振蕩沖擊慣性壓電驅(qū)動器及其驅(qū)動方法，屬于精密機(jī)械領(lǐng)域。該沖擊慣性驅(qū)動器包括基礎(chǔ)單元、驅(qū)動單元與導(dǎo)軌滑塊。驅(qū)動單元是一個(gè)帶有菱形位移放大機(jī)構(gòu)的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，經(jīng)由螺釘與導(dǎo)軌滑塊相連接；壓電疊堆嵌于菱形放大機(jī)構(gòu)中。該裝置的驅(qū)動方法為：當(dāng)連續(xù)鋸齒形驅(qū)動電壓施加于壓電疊堆時(shí)，對電磁鐵施加一定波形電壓對其進(jìn)行通電、斷電操作，基于慣性沖擊原理，沖擊慣性力與磁力的合力大于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)與摩擦塊之間的摩擦力，滑塊將產(chǎn)生直線步進(jìn)運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡單，易加工、裝配和控制，可實(shí)現(xiàn)高速大行程和高負(fù)載輸出，且無回退位移。在微納操作、精密儀器、精密加工等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：黃虎,黃旭,徐智,范余慶,朱思辰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9