一种仿海豹运动的压电步进直线执行器

本发明属于精密仪器设备，尤其涉及一种仿海豹运动的压电步进直线执行器。

背景技术：

1、相对于传统大尺寸驱动装置，如电磁电机、液压/气压传动、内燃机等，压电执行器由于其结构简单、快速响应、高精度和高分辨率等特性，而被广泛应用于精密加工、自动化设备和航空航天等领域。

2、步进型压电执行器根据结构组成和驱动原理的不同，主要分为尺蠖式压电执行器、海豹式压电执行器和惯性式压电执行器。其中，海豹式压电执行器由一个持续式钳位机构、一个间歇式钳位机构和一个进给机构组成。

3、现有海豹式压电执行器进给机构与间歇式钳位机构为两个独立单元，此种结构布置将导致执行器正反运动不对称，且单向的间歇式钳位单元会造成导向机构的侧压力增大，产生较大的侧向波动误差，并且导致压电执行器尺寸较大，不利于压电执行器的精密运动。

技术实现思路

1、本发明提出了一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，用于解决现有的海豹式压电步进执行器尺寸不够紧凑、侧向波动误差大的问题。

2、一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，包括动子、压电陶瓷、柔性机构、驱动足和基座；

3、柔性机构包括两对板型柔性铰链a、两对板型柔性铰链b、输出端a、输出端b、一对端部固定块和一对支撑板；两个端部固定块对称安装于基座的两侧，输出端a和输出端b平行设置，输出端a和输出端b的两端分别与一个板型柔性铰链b的一端连接，每对板型柔性铰链b的另一端分别与一个支撑板的一端连接，两个支撑板另一端分别与一对板型柔性铰链a的一端连接，每对板型柔性铰链a的另一端分别与一个端部固定块连接，每对板型柔性铰链a围合成一个安装槽；

4、基座上设有两个凸块；

5、两个凸块上的轴孔、两个支撑板上的轴孔和两个端部固定块上的轴孔设置于同一条直线上，动子滑动连接在两个凸块上的轴孔、两个支撑板上的轴孔和两个端部固定块的轴孔内；

6、驱动足包括驱动足a和驱动足b，驱动足a和驱动足b分别通过紧固螺母a和紧固螺母b安装于输出端b和输出端a上；

7、压电陶瓷包括压电陶瓷a和压电陶瓷b，压电陶瓷a和压电陶瓷b分别设置于安装槽内，压电陶瓷a和压电陶瓷b两端分别与支撑板和端部固定块接触，压电陶瓷a和压电陶瓷b用于在控制电压驱动下协同配合使柔性机构发生规律变形，从而带动驱动足a和驱动足b产生椭圆形运动轨迹，进而带动动子实现高精度的步进直线位移输出。

8、优选的，两个端部固定块的轴孔内分别螺纹连接有调节螺管a和调节螺管b，动子滑动连接在调节螺管a和调节螺管b内，调节螺管a用于调节压电陶瓷a的预紧力；调节螺管b用于调节压电陶瓷b的预紧力。

9、优选的，压电陶瓷a与安装槽之间设有调节垫片a，压电陶瓷b与安装槽之间设有调节垫片b。

10、优选的，预紧螺栓a安装于基座上其中一个凸块的顶面螺纹孔内，预紧螺栓b安装于基座上另一凸块的顶面螺纹孔内，预紧螺栓a和预紧螺栓b分别与动子的两侧产生摩擦接触，预紧螺栓a和预紧螺栓b能调节动子在轴孔内滑动的摩擦预紧力。

11、优选的，整个柔性机构由一块材料整体加工而成。

12、优选的，压电陶瓷a和压电陶瓷b的驱动信号为正弦波电压信号，且两路正弦波电压信号之间的相位差为π/2。

13、本发明的有益效果：

14、本发明所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，通过两个同线布置的压电陶瓷的时序应变，推动所设计的连接有两个驱动足的柔性机构规律形变，能够实现两侧双驱动足的同步驱动，两侧驱动足在柔性机构的规律形变中实现钳位、进给、解钳和复位的工作过程的循环，从而驱动动子实现高精度的步进直线运动。两侧双驱动足的同步驱动有利于减小侧向波动误差，提高执行器的运动精度。执行器尺寸集中于单轴，体积更加集成紧凑，有利于在空间较小的环境中工作。本申请在航空航天、光学仪器、集成电器、半导体制造等高尖端科学技术领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：包括动子（1）、压电陶瓷、柔性机构、驱动足和基座（10）；

2.根据权利要求1所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：两个端部固定块（5）的轴孔内分别螺纹连接有调节螺管a（2）和调节螺管b（13），动子（1）滑动连接在调节螺管a（2）和调节螺管b（13）内，调节螺管a（2）用于调节压电陶瓷a（4）的预紧力；调节螺管b（13）用于调节压电陶瓷b（11）的预紧力。

3.根据权利要求2所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：压电陶瓷a（4）与安装槽之间设有调节垫片a（3），压电陶瓷b（11）与安装槽之间设有调节垫片b（12）。

4.根据权利要求3所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：预紧螺栓a（6）安装于基座（10）上其中一个凸块的顶面螺纹孔内，预紧螺栓b（9）安装于基座（10）上另一凸块的顶面螺纹孔内，预紧螺栓a（6）和预紧螺栓b（9）分别与动子（1）的两侧产生摩擦接触，预紧螺栓a（6）和预紧螺栓b（9）能调节动子（1）在轴孔内滑动的摩擦预紧力。

5.根据权利要求4所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：整个柔性机构由一块材料整体加工而成。

6.根据权利要求5所述的一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，其特征在于：压电陶瓷a（4）和压电陶瓷b（11）的驱动信号为正弦波电压信号，且两路正弦波电压信号之间的相位差为π/2。

技术总结
本发明公开了一种仿海豹运动的压电步进直线执行器，属于精密仪器设备技术领域，包括动子、压电陶瓷、柔性机构、驱动足和基座，柔性机构端部固定块，两个端部固定块对称安装于基座的两侧，输出端A和输出端B平行设置，输出端A和输出端B的两端分别与一个板型柔性铰链B的一端连接，每对板型柔性铰链B的另一端分别与一个支撑板的一端连接，两个支撑板另一端分别与一对板型柔性铰链A的一端连接，每对板型柔性铰链A的另一端分别与一个端部固定块连接，驱动足通过紧固螺母安装于输出端上；压电陶瓷用于在控制电压驱动下协同配合使柔性机构发生规律变形，从而带动驱动足产生椭圆形运动轨迹，进而带动动子实现高精度的步进直线位移输出。

技术研发人员：王书鹏,王新宝,关冲冲,宋欣蓓,刘觐旖,代楚天,周士辉,张志辉,任露泉
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15