【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微型壓電驅動，具體是指一種壓電摩擦驅動微納位移臺及其驅動方法。
技術介紹
1、微納位移平臺作為微納定位系統的重要部件，一般分為兩部分，驅動機構與導向機構，同時微納位移平臺也是連接宏觀與微觀的重要一環。隨著掃描探針顯微鏡、生物醫療方向、精密制造技術以及芯片的高速發展，人們對微納位移平臺的定位精度、行程以及微型化設計等要求也逐漸提升。
2、當前大行程的微納米位移臺主要是粘滑驅動，但現有的粘滑驅動位移臺結構存在以下不足：一是使用同一壓電驅動，同時實現粘觸和移動驅動，在粘的狀態時，需要低速斜坡信號使接觸區域處于靜摩擦狀態，從而實現驅動，在滑的狀態時，需要高速斜坡信號才能實現滑動摩擦，該結構形式的位移臺的滑動摩擦會引起回程誤差，所有存在速度慢、精度低等原理上的不足；二是利用垂直布置的雙壓電驅動分別驅動實現粘觸和移動驅動，如專利cn201720661977.7一種步進式微型壓電電機所示，其從原理上可避免滑動摩擦引起的回程誤差，但其壓電位移臺結構采用直線串聯布置，后端的驅動易在前端導向上產生寄生位移，控制精確度仍有待提高，且該類結構的位移臺普遍存在較長的單向結構尺寸，不利于微型化設計中驅動的巧妙布置；三是缺乏自鎖設計。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種壓電摩擦驅動微納位移臺及其驅動方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：
3、一種壓電摩擦驅動微納位移臺，包括基座、驅
4、驅動模塊包括支撐座、驅動壓電致動器、摩擦壓電致動器、驅動體和導向鉸鏈，支撐座安裝于基座底部，其上開設驅動槽，驅動壓電致動器和摩擦壓電致動器均安裝于支撐座上，驅動體位于驅動槽內，其一側的驅動足伸出驅動槽外并摩擦驅動位移導軌，驅動壓電致動器連接驅動體的一端，其微移驅動力平行于位移導軌，摩擦壓電致動器的摩擦驅動力由驅動體的另一側輸入，并垂直于位移導軌；驅動體通過四個導向鉸鏈連接支撐座，導向鉸鏈為l形鉸鏈，四個導向鉸鏈相互對稱設置，且其一支鏈平行于位移導軌，另一支鏈垂直于位移導軌，用于導向微移驅動力和摩擦驅動力。
5、進一步地，還包括自鎖機構，摩擦壓電致動器通過自鎖機構將摩擦驅動力傳遞至驅動體上，自鎖機構包括傳動杠桿和自鎖彈簧，傳動杠桿一端鉸鏈連接支撐座，另一端鉸鏈連接驅動體，自鎖彈簧安裝于支撐座上，其一端套設連接預緊螺釘，用于預緊施加和調節初始摩擦力，另一端彈性壓緊傳動杠桿的另一端，自鎖彈簧和驅動體分別位于傳動杠桿兩側，摩擦壓電致動器驅動連接傳動杠桿中部，用于產生垂直于傳動杠桿并與自鎖彈簧壓緊力相反方向的摩擦驅動力。
6、進一步地，驅動壓電致動器壓觸連接驅動體的一端，其根部連接預緊螺栓。
7、進一步地，傳動杠桿中部設置有垂直于其桿體的單軸柔性鉸鏈和由單軸柔性鉸鏈支撐連接的安裝臺，摩擦壓電致動器的驅動端連接安裝臺，并在兩者之間設置調節墊片。
8、一種壓電摩擦驅動微納位移臺的驅動方法，包括以下內容：
9、驅動壓電致動器和摩擦壓電致動器均使用階躍式激勵電壓；在載物平臺進行正向行程微移時，首先驅動壓電致動器施加階躍電壓，驅動載物平臺完成一個步進微移；然后，摩擦壓電致動器施加階躍電壓，驅動足快速離開位移導軌，緊接撤銷驅動壓電致動器電壓，驅動壓電致動器收縮回程；最后，回到初始位置后，撤銷摩擦壓電致動器電壓；此為一個完整的正向步進周期；依此不斷循環，實現納米級微動步進的正向大行程位移；
10、載物平臺進行正向行程微移時，首先，摩擦壓電致動器施加階躍電壓，驅動足快速離開位移導軌；然后，驅動壓電致動器施加階躍電壓，驅動載物平臺進行一個步進微移的回退；接著，撤銷摩擦壓電致動器電壓，驅動足在自鎖彈簧彈性壓緊下，逐漸粘附連接位移導軌；最后，撤銷驅動壓電致動器電壓，驅動壓電致動器收縮，實現載物平臺一個完整的反向步進周期；依此不斷循環，實現納米級微動步進的反向大行程位移。
11、與現有技術相比，本專利技術的壓電摩擦驅動微納位移臺及其驅動方法具有以下的有益效果：
12、該微納位移平臺分別通過驅動壓電致動器實現微移驅動和摩擦壓電致動器實現粘附分離控制，粘附過程和摩擦驅動過程分別獨立不重疊，不存在粘滑狀態的變換，通過調節摩擦壓電致動器的驅動位移可增加摩擦力，通過增加驅動壓電致動器的頻率增加步進微移速度；驅動壓電致動器和驅動體撤回時，是無接觸撤回，不存在滑動摩擦，因此不會產生回程誤差；垂直摩擦驅動力和平行微移驅動力通過兩兩對稱的l形導向鉸鏈進行導向，對驅動體在該兩個維度上的微動進行解耦，提高步進微移的精確度；該微納位移平臺結構緊湊、負載大、速度高且無回程誤差，通過配置的自鎖機構可對停止狀態的移動導軌自動進行鎖定，提高載物平臺穩定性；
13、該位移臺的驅動方法基于位移平臺的驅動模塊的結構，摩擦驅動不存在粘滑狀態變換，并設置了可自緩沖的自鎖彈簧，因此，驅動壓電致動器和摩擦壓電致動器均可采用階躍激勵電壓，顯著縮短一個步進周期的時長，有效提高行程步進效率。
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1.一種壓電摩擦驅動微納位移臺，其特征在于：基座、驅動模塊、位移導軌和載物平臺，所述基座呈U形結構，所述位移導軌安裝于所述基座內底面，所述載物平臺由底部的所述位移導軌支撐，并擋蓋所述基座上端口，所述驅動模塊安裝于所述基座內底面，用于驅動所述位移導軌和所述載物平臺相對于所述基座移動；
2.根據權利要求1所述的壓電摩擦驅動微納位移臺，其特征在于：還包括自鎖機構，所述摩擦壓電致動器通過所述自鎖機構將摩擦驅動力傳遞至所述驅動體上，所述自鎖機構包括傳動杠桿和自鎖彈簧，所述傳動杠桿一端鉸鏈連接所述支撐座，另一端鉸鏈連接所述驅動體，所述自鎖彈簧安裝于所述支撐座上，其一端套設連接預緊螺釘，用于預緊施加和調節初始摩擦力，另一端彈性壓緊所述傳動杠桿的另一端，所述自鎖彈簧和所述驅動體分別位于所述傳動杠桿兩側，所述摩擦壓電致動器驅動連接所述傳動杠桿中部，用于產生垂直于所述傳動杠桿并與所述自鎖彈簧壓緊力相反方向的摩擦驅動力。
3.根據權利要求2所述的壓電摩擦驅動微納位移臺，其特征在于：所述驅動壓電致動器壓觸連接所述驅動體的一端，其根部通過預緊螺栓連接所述支撐座。
4.根
5.基于權利要求2-4中任一項所述的壓電摩擦驅動微納位移臺的驅動方法，其特征在于，包括：所述驅動壓電致動器和所述摩擦壓電致動器均使用階躍式激勵電壓；在所述載物平臺進行正向行程微移時，首先所述驅動壓電致動器施加階躍電壓，驅動所述載物平臺完成一個步進微移；然后，所述摩擦壓電致動器施加階躍電壓，驅動所述驅動足快速離開所述位移導軌，緊接撤銷所述驅動壓電致動器電壓，所述驅動壓電致動器收縮回程；最后，回到初始位置后，撤銷所述摩擦壓電致動器電壓；此為一個完整的正向步進周期；依此不斷循環，實現納米級微動步進的正向大行程位移；
...【技術特征摘要】
1.一種壓電摩擦驅動微納位移臺，其特征在于：基座、驅動模塊、位移導軌和載物平臺，所述基座呈u形結構，所述位移導軌安裝于所述基座內底面，所述載物平臺由底部的所述位移導軌支撐，并擋蓋所述基座上端口，所述驅動模塊安裝于所述基座內底面，用于驅動所述位移導軌和所述載物平臺相對于所述基座移動；
2.根據權利要求1所述的壓電摩擦驅動微納位移臺，其特征在于：還包括自鎖機構，所述摩擦壓電致動器通過所述自鎖機構將摩擦驅動力傳遞至所述驅動體上，所述自鎖機構包括傳動杠桿和自鎖彈簧，所述傳動杠桿一端鉸鏈連接所述支撐座，另一端鉸鏈連接所述驅動體，所述自鎖彈簧安裝于所述支撐座上，其一端套設連接預緊螺釘，用于預緊施加和調節初始摩擦力，另一端彈性壓緊所述傳動杠桿的另一端，所述自鎖彈簧和所述驅動體分別位于所述傳動杠桿兩側，所述摩擦壓電致動器驅動連接所述傳動杠桿中部，用于產生垂直于所述傳動杠桿并與所述自鎖彈簧壓緊力相反方向的摩擦驅動力。
3.根據權利要求2所述的壓電摩...
【專利技術屬性】
技術研發人員：崔良玉，韓建鑫，
申請(專利權)人：天津納微機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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