一种压电作动直线移动平台及其工作方法与流程

[0001]
本发明涉及压电作动和超声电机领域，尤其涉及一种压电作动直线移动平台及其工作方法。


背景技术：

[0002]
随着精密工程的迅速发展，现代制造领域对精密运动平台的精度、速度和行程提出了越来越高的要求，其定位精度和行程范围直接影响到生产加工的精度和广度。传统的运动平台主要由电磁电机驱动,这种驱动方式技术成熟、性能稳定，但是不可避免地存在着较多的中间运动转换环节和弹性变形，使得平台的实时性较差，可实现的直线运动的定位精度或速度较低。


技术实现要素：

[0003]
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电作动直线移动平台及其工作方法。
[0004]
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种压电作动直线移动平台，包含压电振子、工作基板、第一至第二挡板、第一至第二弹簧、以及第一至第四定位螺栓；所述压电振子包含金属基体、以及第一至第四压电陶瓷片；所述金属基体呈菱形，包含第一作动头、第二作动头、以及第一至第四振动梁；所述第一至第四振动梁呈条状、结构相同，均包含第一至第四侧面、第一端面和第二端面，其中，第一至第四侧面面依次垂直相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；第一端面和第一侧面之间夹角的角度为预设的第一角度阈值，第二端面和第一侧面之间的角度为预设的第二角度阈值，所述第一角度阈值、第二角度阈值均小于90
°
；所述第一振动梁的第一端面和第二振动梁的第一端面对应固连，使得第一振动梁、第二振动梁形成v字结构，且第一振动梁、第二振动梁在其连接处设有贯穿第一振动梁、第二振动梁所在平面的第一螺纹通孔；所述第三振动梁的第一端面和第四振动梁的第一端面对应固连，使得第三振动梁、第四振动梁形成v字结构，且第三振动梁、第四振动梁在其连接处设有贯穿第三振动梁、第四振动梁所在平面的第二螺纹通孔；所述第一振动梁远离其第一端面的一端和第三振动梁远离其第一端面的一端固连，且第一振动梁、第三振动梁在其连接处朝外设有圆形凸起作为第一作动头；所述第二振动梁远离其第一端面的一端和第四振动梁远离其第一端面的一端固连，且第二振动梁、第四振动梁在其连接处朝外设有圆形凸起作为第二作动头；所述第一至第四压电陶瓷片分布对应设置在第一至第四振动梁的第一侧面上，均沿厚度方向极化，极化方向均朝外或朝内；所述压电振子呈中心对称；
所述工作基板为长方形面板，其底面两端分别设有平行于其短边的第一滑槽、第二滑槽，且第一滑槽内设有能有自由滑动的第一滑块、第二滑块，第二滑槽内设有能够自由滑动的第三滑块、第四滑块；所述第一挡板、第二挡板均为长方形面板，第一挡板、第二挡板平行设置且均垂直于工作基板，其中，第一挡板分别和第一滑块、第三滑块固连，第二挡板分别和第二滑块、第四滑块固连，使得第一挡板、第三档板均能够沿第一滑槽和第二滑槽相对工作基板自由滑动；所述第一至第四定位螺栓均竖直设置、螺帽和外界固定且在同一水平面上，远离螺帽的一端为半圆球状且朝上设置；所述第一定位螺栓、第二定位螺栓分别和所述第一螺纹通孔、第二螺纹通孔螺纹相连并穿出，固定住所述压电振子；所述第三定位螺栓、第四定位螺栓位于所述金属基体内，用于和第一定位螺栓、第二定位螺栓相配合，以支撑工作基板；所述工作基板放置在所述第一至第四定位螺栓上；第一弹簧、第二弹簧均设置在第一挡板、第二挡板之间，其中，第一弹簧的两端分别和第一挡板、第二挡板的一端固连，第二弹簧的两端分别和第一挡板、第二挡板的另一端固连，使得第一挡板和第一作动头相抵、第二挡板和第二作动头相抵；第一弹簧、第二弹簧、第一挡板、第二挡板形成将所述压电振子包含在内的矩形方框。
[0005]
本发明还公开了一种该压电作动直线移动平台的工作方法，包含以下过程：如果需要工作基板平动，对第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片施加第一信号，对第三压电陶瓷片、第四压电陶瓷片施加第二信号，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差90
°
，激励出压电振子的一阶弯振对称模态和一阶弯振反对称模态，这两个模态叠加使得第一作动头、第二作动头的质点产生方向相反的椭圆运动轨迹，进而通过摩擦力使得第一挡板、第二挡板带动工作基板平动；如果需要工作基板反向平动，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差-90
°
即可。
[0006]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明在定位精度、响应速度等方面而言均具有明显的优势，具有机构简单，可控性好，精度高的优点。
附图说明
[0007]
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中压电振子的结构示意图；图3时本发明中金属基体的结构示意图；图4是本发明中第一至第四压电陶瓷片的极化方向示意图；图5是本发明中工作基板去除第一至第四滑块后的结构示意图；图6是本发明中第一档板和第一滑块、第三滑块相配合的结构示意图。
[0008]
图7是本发明中第一至第四压电陶瓷片施加电信号的示意图；图8是本发明工作时第一、第二作动头纵向振动模态的示意图；图9是本发明工作时第一、第二作动头横向振动模态的示意图；图10是本发明工作时的状态变化示意图；图中，1-压电振子，2-工作基板，3-第一挡板，4-第一弹簧，5-第一定位螺栓，1.1-金属
基体，1.2-第二压电陶瓷片，1.1.1-第一振动梁，1.1.2-第二振动梁，1.1.3-第三振动梁，1.1.4-第四振动梁，1.1.5-第一作动头，1.1.6-第二作动头，1.1.7-第一螺纹通孔，1.1.6-第二螺纹通孔。
具体实施方式
[0009]
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
[0010]
如图1所示，本发明公开了一种压电作动直线移动平台，包含压电振子、工作基板、第一至第二挡板、第一至第二弹簧、以及第一至第四定位螺栓。
[0011]
如图2所示，所述压电振子包含金属基体、以及第一至第四压电陶瓷片。
[0012]
如图3所示，所述金属基体呈菱形，包含第一作动头、第二作动头、以及第一至第四振动梁；所述第一至第四振动梁呈条状、结构相同，均包含第一至第四侧面、第一端面和第二端面，其中，第一至第四侧面面依次垂直相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；第一端面和第一侧面之间夹角的角度为预设的第一角度阈值，第二端面和第一侧面之间的角度为预设的第二角度阈值，所述第一角度阈值、第二角度阈值均小于90
°
；所述第一振动梁的第一端面和第二振动梁的第一端面对应固连，使得第一振动梁、第二振动梁形成v字结构，且第一振动梁、第二振动梁在其连接处设有贯穿第一振动梁、第二振动梁所在平面的第一螺纹通孔；所述第三振动梁的第一端面和第四振动梁的第一端面对应固连，使得第三振动梁、第四振动梁形成v字结构，且第三振动梁、第四振动梁在其连接处设有贯穿第三振动梁、第四振动梁所在平面的第二螺纹通孔；所述第一振动梁远离其第一端面的一端和第三振动梁远离其第一端面的一端固连，且第一振动梁、第三振动梁在其连接处朝外设有圆形凸起作为第一作动头；所述第二振动梁远离其第一端面的一端和第四振动梁远离其第一端面的一端固连，且第二振动梁、第四振动梁在其连接处朝外设有圆形凸起作为第二作动头。
[0013]
如图4所示，所述第一至第四压电陶瓷片分布对应设置在第一至第四振动梁的第一侧面上，均沿厚度方向极化，极化方向均朝外或朝内。
[0014]
所述压电振子呈中心对称。
[0015]
如图5所示，所述工作基板为长方形面板，其底面两端分别设有平行于其短边的第一滑槽、第二滑槽，且第一滑槽内设有能有自由滑动的第一滑块、第二滑块，第二滑槽内设有能够自由滑动的第三滑块、第四滑块。
[0016]
如图6所示，所述第一挡板、第二挡板均为长方形面板，第一挡板、第二挡板平行设置且均垂直于工作基板，其中，第一挡板分别和第一滑块、第三滑块固连，第二挡板分别和第二滑块、第四滑块固连，使得第一挡板、第三档板均能够沿第一滑槽和第二滑槽相对工作基板自由滑动。
[0017]
所述第一至第四定位螺栓均竖直设置、螺帽和外界固定且在同一水平面上，远离
螺帽的一端为半圆球状且朝上设置；所述第一定位螺栓、第二定位螺栓分别和所述第一螺纹通孔、第二螺纹通孔螺纹相连并穿出，固定住所述压电振子；所述第三定位螺栓、第四定位螺栓位于所述金属基体内，用于和第一定位螺栓、第二定位螺栓相配合，以支撑工作基板；所述工作基板放置在所述第一至第四定位螺栓上；第一弹簧、第二弹簧均设置在第一挡板、第二挡板之间，其中，第一弹簧的两端分别和第一挡板、第二挡板的一端固连，第二弹簧的两端分别和第一挡板、第二挡板的另一端固连，使得第一挡板和第一作动头相抵、第二挡板和第二作动头相抵；第一弹簧、第二弹簧、第一挡板、第二挡板形成将所述压电振子包含在内的矩形方框。
[0018]
定位螺栓远离螺帽的一端设置为半圆球状，是用来减少四个定位螺栓和所述工作基板接触时的摩擦力。
[0019]
本发明还公开了一种该压电作动直线移动平台的工作方法，包含以下过程：如图7所示，如果需要工作基板平动，对第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片施加第一信号，对第三压电陶瓷片、第四压电陶瓷片施加第二信号，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差90
°
，激励出压电振子的一阶弯振对称模态（如图8所示）和一阶弯振反对称模态（如图9所示），这两个模态叠加使得第一作动头、第二作动头的质点产生方向相反的椭圆运动轨迹，如图10所示，进而通过摩擦力使得第一挡板、第二挡板带动工作基板平动；如果需要工作基板反向平动，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差-90
°
即可。
[0020]
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0021]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。