基于压电纤维的粘滑直线驱动器的制作方法

本发明涉及基于压电纤维的粘滑直线驱动器,属于微纳精密驱动技术领域。

背景技术：

伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。

技术实现要素：

为了实现大行程、高精度的结合，本发明公开一种基于压电纤维的粘滑直线驱动器。

本发明通过以下技术方案实现：基于压电纤维的粘滑直线驱动器由基座、预紧力加载平台、定子、动子组成，其中预紧力加载平台和动子安装在基座上，定子安装在预紧力加载平台上。所述的定子包括柔顺机构、压电纤维、螺钉、弹簧阻尼器；给压电纤维施加锯齿波电信号，在缓慢变形阶段，压电纤维缓慢伸长，薄片式弧形柔顺机构缓慢伸展，曲率变小，使驱动头产生y向位移，产生摩擦驱动力，驱动动子运动；在快速变形阶段，压电纤维快速缩短，薄片式弧形柔顺机构快速回缩，曲率变大，降低了摩擦阻力。

所述的柔顺机构包括U型刚性梁、薄片式直柔性铰链、驱动头、薄片式弧形柔顺机构、螺纹孔；所述的U型刚性梁(3-1-1)、薄片式直柔性铰链、驱动头和薄片式弧形柔顺机构顺时针连接成环；所述的薄片式直柔性铰链采用厚度为a的薄片式结构，所述的薄片式弧形柔顺机构采用厚度为b弧形薄片；薄片式弧形柔顺机构下侧粘有压电纤维，可驱动驱动头绕薄片式直柔性铰链微旋转，驱动动子运动；所述的螺纹孔用于安装弹簧阻尼器，可实现定子和动子间预紧力的调节。

所述的驱动头设置有驱动头预紧平面，用于和弹簧阻尼器接触；设置有驱动头驱动弧面，用于和动子弹性线接触，可驱动动子运动。

工作原理：压电纤维具有通电伸长的特性，基于该特性，将压电纤维粘在定子的薄片式弧形柔顺机构下侧，通过弹簧阻尼器调节预紧力的大小，通过锯齿波电信号激励粘有压电纤维的定子，使定子产生摩擦驱动力，通过驱动头传递到动子上，驱动动子运动。

本发明的有益效果是：结构简单、精度高、行程大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1所示为本发明的结构示意图；

图2所示为本发明的定子结构示意图；

图3所示为本发明的柔顺机构结构示意图；

图4所示为本发明的柔顺机构局部放大图；

图5所示为本发明的驱动原理示意图；

图6所示为本发明的锯齿波波形示意图。

其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、柔顺机构；3-1-1、U型刚性梁；3-1-2、薄片式直柔性铰链；3-1-3、驱动头；3-1-4、薄片式弧形柔顺机构；3-1-5、螺纹孔；3-2、压电纤维；3-3、螺钉；3-4、弹簧阻尼器；4、动子。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图6所示，本实施方式提供一种基于压电纤维的粘滑直线驱动器的具体实施方案。基于压电纤维的粘滑直线驱动器由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、动子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和动子(4)安装在基座(1)上，定子(3)安装在预紧力加载平台(2)上。所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维(3-2)、螺钉(3-3)、弹簧阻尼器(3-4)；给压电纤维(3-2)施加锯齿波电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维(3-2)缓慢伸长，薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)缓慢伸展，曲率变小，使驱动头(3-1-3)产生y向位移，产生摩擦驱动力，驱动动子(4)运动；在t1-t2快速变形阶段，压电纤维(3-2)快速缩短，薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)快速回缩，曲率变大，降低了摩擦阻力。

所述的柔顺机构(3-1)包括U型刚性梁(3-1-1)、薄片式直柔性铰链(3-1-2)、驱动头(3-1-3)、薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)、螺纹孔(3-1-5)；所述的U型刚性梁(3-1-1)、薄片式直柔性铰链(3-1-2)、驱动头(3-1-3)和薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)顺时针连接成环；所述的薄片式直柔性铰链(3-1-2)采用厚度为a的薄片式结构，所述的薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)采用厚度为b弧形薄片；薄片式弧形柔顺机构(3-1-4)下侧粘有压电纤维(3-2)，可驱动驱动头(3-1-3)绕薄片式直柔性铰链(3-1-2)微旋转，驱动动子(4)运动；所述的螺纹孔(3-1-5)用于安装弹簧阻尼器(3-4)，可实现定子(3)和动子(4)间预紧力的调节。

所述的驱动头(3-1-3)设置有驱动头预紧平面(3-1-3-1)，用于和弹簧阻尼器(3-4)接触；设置有驱动头驱动弧面(3-1-3-2)，用于和动子(4)弹性线接触，驱动动子(4)运动。