一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器及该驱动器的驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密仪器设备技术领域，尤其设及一种压电旋转驱动器。
【背景技术】
[0002] 随着微/纳米技术的发展，众多工程技术领域的研究都迫切需要亚微米级、微/纳 米级的精密驱动器，但是基于电磁感应原理的电磁电机在微型化、高功重比的发展方向上 很难突破。传统的驱动装置，如普通电机、丝杠螺母、蜗轮蜗杆等宏观大尺寸驱动装置已很 难满足精度要求。因此，各国的科研人员倾力于研究性能更优越的新型高精度驱动装置。
[0003] 随着材料科学的发展，新型功能材料为该些应用提出了新的解决方案，其中，逆压 电效应的发现及具有优越性能的压电陶瓷PZT材料的出现使得压电精密驱动器的研究得 到了广泛关注，并在精密驱动领域显示出了广泛的应用前景。压电驱动装置因为体积小、重 量轻、响应快微秒级、控制特性好、能量密度大、能耗低、不受磁场影响等特点而得到了更广 泛的应用。
[0004] 根据驱动原理的不同，压电驱动器可分为压电超声波驱动器、压电惯性驱动器和 尺暧型压电驱动器等。尺暧型压电驱动器是仿照自然界中的爬行动物尺暧，利用"猜位-驱 动-猜位"的方式运动，也被称为蠕动式压电驱动器。它利用尺暧原理，将压电元件的单步 微量位移不断积累，形成连续的步进的精密位移输出，可W实现大行程高分辨率的运动，从 而有效的解决了现有技术中几种驱动器大行程和高分辨率不能共存的问题，同时具有驱动 原理简单，易于控制，输出力大等特点。
[0005] 现有的尺暧型压电旋转驱动器大多采用压电陶瓷材料的驱动力，使猜位面向导轨 面涨紧，有的要在猜位面与导轨面之间加一层摩擦材料，但无论如何，都是利用猜位面与导 轨面之间接触产生的静摩擦力提供猜位力，而猜位力的大小和猜位力的稳定性直接影响驱 动器的承载能力、运动分辨率和运动稳定性。由于驱动器猜位面与导轨面之间的接触属于 小间隙接触只有几微米，使得驱动器的性能容易受到外界因素如时效、温度、磨损、加工装 配误差等因素的影响。鉴于该猜位原理的局限性，该种驱动器本身不可能有较大的输出力， 并且由于磨损的存在，运行一段时间之后，由于间隙变大普遍出现输出负载下降，直线度不 稳定的现象，最终影响尺暧型压电旋转驱动器的使用寿命。
[0006] 检索相关文献，可朗尋目前尺暧型压电旋转驱动器的局限性总结如下：
[0007] 1、载荷输出小，运动稳定性差，易出现猜位不稳定和直线度不稳定的现象；
[000引 2、猜位面与导轨面之间磨损大，易造成输出载荷的下降甚至驱动器失效，使用寿 命短；
[0009] 3、结构和操作复杂、成本高、能耗大；
[0010] 4、难W同时实现大行程和高分辨率的驱动。
【发明内容】
[0011] 本发明是为了解决现有的驱动器承载能力小、分辨率低且寿命短的问题，现提供 一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器及该驱动器的驱动方法。
[0012] 一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器，它包括；基座、A部、B部、连接板、驱 动臂、平衡弹黃和输出轴；
[0013] 所述A部包括：猜位斜块A、压电叠堆A、猜位弹黃A、弹黃座A、预紧螺栓A和预紧 垫片A;
[0014] 所述B部包括：猜位斜块B、压电叠堆B、猜位弹黃B、弹黃座B、预紧螺栓B和预紧 垫片B;
[0015] 输出轴的一端依次穿过基座中屯、的轴承孔和驱动臂中屯、的装配孔与连接板固定 连接，且连接板与驱动臂固定连接；
[0016] 平衡弹黃套接在输出轴的另一端，且平衡弹黃的一端固定在输出轴另一端的端面 上，平衡弹黃的另一端固定在基座的底面；
[0017] 压电叠堆A嵌固在驱动臂一端的压电叠堆安装槽内，并通过预紧螺栓A和预紧垫 片A预紧；
[001引基座的两内侧壁分别开有凹槽，且两个凹槽内分别嵌有直线导轨，弹黃座A固定 在一个凹槽的一端，猜位斜块A嵌入在该凹槽内的直线导轨中，猜位斜块A的斜面与驱动臂 一端的猜位弧面紧密接触，弹黃座A和猜位斜块A的窄端通过猜位弹黃A相连接；
[0019] A部与B部的结构完全相同，且W轴承孔为对称中屯、呈中屯、对称结构。
[0020] 上述基座的横截面呈凹槽形，并且该凹槽形的两侧壁在槽口位置分别向内侧水平 延伸，直线导轨设置在该凹槽形的两侧壁上，且轴承孔位于基座底面的中屯、位置。
[0021] 上述平衡弹黃包括；连接杆、弹黃体和连接环；连接杆和连接环通过弹黃体相连 接，输出轴的另一端开有卡槽，连接杆嵌入在该卡槽中，连接环通过螺栓固定在基座底面。
[0022] 上述一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器的驱动方法，该方法为：
[0023] 首先，同时对两个压电叠堆通电，使得两个压电叠堆均伸长并推动驱动臂和输出 轴绕其轴屯、转动；
[0024] 然后，对一个压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧面与猜 位斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合；
[0025] 最后，对另一个压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧面与 猜位斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合，完成压电旋转驱 动器的一次旋转工作。
[0026] 上述一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器的驱动方法，该方法为：
[0027] 首先，对一个压电叠堆通电，使得该压电叠堆伸长并推动驱动臂和输出轴绕其轴 屯、转动，另一个压电叠堆对应的猜位弧面与猜位斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动 直至重新与猜位弧面贴合；
[002引然后，再对已通电的压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧 面与猜位斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合，完成压电旋 转驱动器的一次旋转工作。
[0029] 上述一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器的驱动方法，该方法为：
[0030] 同时对两个压电叠堆通电，使得两个压电叠堆均伸长并推动驱动臂和输出轴绕其 轴屯、转动；
[0031]对一个压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧面与猜位斜 块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合；
[0032]对断电的压电叠堆通电，使得该压电叠堆伸长并推动驱动臂和输出轴绕其轴屯、转 动，另一个压电叠堆对应的猜位弧面与猜位斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至 重新与猜位弧面贴合；
[0033]对另一个压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧面与猜位 斜块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合；
[0034]对一个压电叠堆断电，使得该压电叠堆恢复原长，且其对应的猜位弧面与猜位斜 块分离，猜位弹黃带动该猜位斜块移动直至重新与猜位弧面贴合，完成压电旋转驱动器的 一次旋转工作。
[0035]本发明所述的一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器，利用猜位弧面与猜位 斜面之间的自锁实现稳定猜位，可W将压电叠堆由逆压电效应产生的绝大部分作用力转化 为驱动器的有效驱动力，具有较大的承载能力；各对猜位面之间受磨损影响小，不会因为磨 损而造成猜位作用力的下降甚至驱动器失效，使用寿命长；换能效率高，分辨率高，行程大， 可被广泛应用于各类精密超精密加工与运动、材料试件纳米力学性能检测、微机电系统、机 器人等高尖端的科学技术领域。
[0036]本发明所述的一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器的驱动方法，步骤简 单，方式多样，灵活多变。
[0037]本发明所述的一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器及该驱动器的驱动方 法主要适用于超精密加工机床、精密超精密微细加工与测量技术、材料试件纳米力学性能 检测、微机电系统、精密光学、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天、机器人、军 事技术等高尖端的科学技术领域。
【附图说明】
[003引图1为一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器正面的立体结构示意图；
[0039] 图2为一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器的主视图；
[0040] 图3为一种大载荷、高精度、跨尺度压电旋转驱动器背面的立体结构示意图；
[0041] 图4为【具体实施方式】二所述的基座的结构示意图，其中A为基座的主视图，B为基 座的横截面示意图；