本发明属于微驱动精密定位，涉及一种可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台及方法。
背景技术：
1、基于压电致动原理的纳米定位平台广泛应用于超精密制造和测量、微纳器件自动化装配、细胞精细操控等领域的高端装备中。这些装备往往要求精密定位平台具有毫米级行程、纳米或亚纳米级分辨率以及适应不同负载的能力。近年来，随着压电技术的发展涌现出了采用不同原理、不同形式和结构的驱动器，其中，压电粘滑驱动器具有结构简单、运动范围大、分辨率高、易小型化、控制简单等优点，是目前跨尺度纳米定位装置中应用较多的一种。
2、压电粘滑驱动器是利用动静摩擦力差异和定子的慢-快周期性动作来驱动动子，实现“粘-滑”的步进运动。然而，传统的压电粘滑驱动器存在位移回退和正反向运动特性不一致的问题，严重影响跨尺度纳米定位平台的定位精度和输出性能，还会对动子造成不良磨损，从而降低驱动器的使用寿命和可靠性。摩擦力调整是压电粘滑驱动设计和装配过程中的关键要素。
3、2013年，赵宏伟等在专利《正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台》，申请号cn201320253409.5中，设计的驱动单元由手动精密平移台和压电驱动器构成，其中手动精密平移台虽然可实现压电驱动器和工作台之间的正压力调节。2021年，黄虎等在专利《改善粘滑式压电驱动器大行程非线性的装置与方法》，申请号cn202111573861.5中，采用了集成应变传感单元的柔性驱动足，实现了驱动单元与移动平台间最大接触力的控制。但上述方法均未改善回退运动问题。
4、2022年，闫鹏等在专利《一种主动抑制回退运动的粘滑驱动器及方法》，申请号cn202210879202.2中，设计了回退运动抑制模块，采用两个压电陶瓷叠堆协同驱动的方式使驱动足分离或压紧动子。但是该设计为非对称结构，难以保证正反向运动的一致性。2024年，黄卫清等在专利《一种双向运动粘滑式压电驱动器及驱动方法》，申请号cn202410436450.9中，设计了一种对称式双柔性铰链结构，采用两个驱动足并联一体化设计，满足回退位移小、双向运动一致性好的驱动要求，但该结构难以实现摩擦力自适应调整，且整体尺寸大。
5、上述方法均未提及一种可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台及方法。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术的缺陷或改进需求，提出了一种结构紧凑、摩擦力可调、回退位移小、双向运动一致性好、精度高的粘滑驱动定位平台，同时满足大行程、大扫描范围兼容的要求，可实现大行程跨尺度纳米定位。
2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台，所述的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台包括基座1、两个交叉滚柱导轨、工作滑台3、陶瓷摩擦片4、光栅尺5、光栅尺读数头6和驱传动模块8。所述的两个交叉滚柱导轨，即第一交叉滚柱导轨2.1、第二交叉滚柱导轨2.2分别通过第二紧固螺钉7.2安装于基座1上；所述工作滑台3通过第三紧固螺钉7.3安装于第一交叉滚柱导轨2.1、第二交叉滚柱导轨2.2上；所述陶瓷摩擦片4和光栅尺5分别安装于工作滑台3底部；所述光栅尺读数头6安装于基座1的支架上，且位于工作滑台3下方；所述驱传动模块8通过第一紧固螺钉7.1安装于基座1上。
4、进一步的，所述的光栅尺读数头6的基面与光栅尺5的基面平行。
5、进一步的，所述的驱传动模块8包括柔性结构、陶瓷驱动足、大压电陶瓷、小压电陶瓷、预紧楔形块、预紧螺钉和应变片；具体的：
6、所述的柔性结构包括第一变刚度柔性梁9.1、第二变刚度柔性梁9.2和柔性铰链架9.3，柔性结构采用一体化制造；所述柔性铰链架9.3为驱传动模块8的主体结构；所述第一变刚度柔性梁9.1、第二变刚度柔性梁9.2对称分布于柔性铰链架9.3上；第一变刚度柔性梁9.1位于柔性铰链架9.3左上方，底部具有安装大压电陶瓷11.1的沟槽；第二变刚度柔性梁9.2位于柔性铰链架9.3右上方，底部具有安装大压电陶瓷11.2的沟槽；柔性铰链架9.3上对称分布两个容纳槽，分别位于第一变刚度柔性梁9.1、第二变刚度柔性梁9.2的正下方，用于放置大压电陶瓷、小压电陶瓷和预紧楔形块。
7、所述的陶瓷驱动足包括两个对称分布的第一陶瓷驱动足10.1、第二陶瓷驱动足10.2，分别安装在第一变刚度柔性梁9.1与第二变刚度柔性梁9.2顶端的凸台上。
8、所述的大压电陶瓷包括第一大压电陶瓷11.1、第二大压电陶瓷11.2，小压电陶瓷包括第一小压电陶瓷12.1、第二小压电陶瓷12.2，预紧楔形块包括第一预紧楔形块13.1、第二预紧楔形块13.2，预紧螺钉包括第一预紧螺钉14.1、第二预紧螺钉14.2，应变片包括第一组应变片15.1、第二组应变片15.2。
9、所述的预紧楔形块有两个，第一预紧楔形块13.1、第二预紧楔形块13.2，第一预紧楔形块13.1通过第一预紧螺钉14.1安装于柔性铰链架左侧容纳槽的底部；对称地，第二预紧楔形块13.2通过预紧螺钉14.2安装于柔性铰链架右侧容纳槽的底部；每个预紧楔形块由底部主动楔形块和顶部从动楔形块组成，其中从动楔形块上具有安装小压电陶瓷的沟槽。
10、所述的第一大压电陶瓷11.1和第一小压电陶瓷12.1在结构上相串联组成正向驱动源，安装于第一预紧楔形块13.1中从动楔形块顶部沟槽与第一变刚度柔性梁9.1底部沟槽形成的安装槽中；对称地，第二大压电陶瓷11.2和第二小压电陶瓷12.2在结构上相串联组成负向驱动源，安装于第二预紧楔形块13.2中从动楔形块顶部沟槽与第二变刚度柔性梁9.2底部沟槽形成的安装槽中；两个大压电陶瓷、两个小压电陶瓷均通过导线与驱动电源相连。
11、所述的第一组应变片15.1和第二组应变片15.2对称布置，每组应变片由四个应变片组成，分别贴于第一变刚度柔性梁9.1与第二变刚度柔性梁9.2上，随着第一、第二陶瓷驱动足10.1、10.2的运动，对应的第一组、第二组应变片15.1、15.2跟随第一、第二变刚度柔性梁9.1、9.2一起发生变形；每组应变片组成的全桥惠斯通电桥将电阻变化转换为电压变化，进而表征陶瓷驱动足和陶瓷摩擦片间的接触力大小。
12、进一步的，所述的光栅尺5与光栅尺读数头6构成位置反馈系统的传感单元，配合控制系统实现闭环反馈，保证定位精度。
13、进一步的，所述的第一组应变片15.1和第二组应变片15.2上覆盖保护层，用于减少噪声干扰。
14、一种可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动方法，基于上述可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台实现，驱传动模块中的柔性结构的两个对称分布的变刚度柔性梁，利用寄生运动原理完成高一致性的双向运动，配合施加有序激励信号使接触点执行椭圆运动轨迹，有效减小回退位移。本发明提出初始预紧和动态压电预紧结合的方式，实现摩擦力自适应调整以适应不同质量负载；采用双压电陶瓷驱动原理实现大行程跨尺度亚纳米定位。具体包括以下步骤：
15、第一步，通过旋转预紧螺钉推动预紧楔形块中的主动楔形块运动，从而推动与主动楔块相接触的从动楔形块运动，来实现大压电陶瓷和小压电陶瓷的初始预紧。
16、第二步，在工作滑台3上放置不同砝码作为已知重量的负载，并实现正向步进模式驱动、反向步进模式驱动，采集每组应变片组成的惠斯通电桥两端的电压差，生成负载-压差标定曲线；该曲线用于确定正向驱动源的恒定初始电压u1_initial和负向驱动源的恒定初始电压u2_initial，以保证第一、第二变刚度柔性梁9.1、9.2与工作滑台3之间摩擦力的一致性，从而提升不同负载下定位平台的工作性能。
17、第三步，根据驱动方向选择待施加的激励信号。
18、进一步的，本发明可实现回退抑制的摩擦力可调双压电粘滑驱动平台工作时，采用双压电陶瓷驱动原理，其中，小压电陶瓷在周期性的对称电压信号激励下完成步进模式驱动，实现粗定位；大压电陶瓷在缓慢上升的锯齿波电压信号激励下缓慢伸长，完成扫描模式驱动，实现精定位，同时可以为不同质量的负载提供不同恒定初始电压下的辅助预紧力。
19、进一步的，正向步进模式驱动具体步骤如下：
20、步骤一：为第一大压电陶瓷11.1施加第二步确定的恒定初始电压u1_initial，使其提供辅助预紧力，保证第一陶瓷驱动足10.1与陶瓷摩擦片4接触，接触点为p1。
21、步骤二：为第一小压电陶瓷12.1施加周期性的对称电压信号u1_step；初始时刻对称电压信号u1_step的电压值为0，第一小压电陶瓷12.1处于自然长度；电压逐渐上升阶段，第一小压电陶瓷12.1伸长，接触点p1与陶瓷摩擦片4间的摩擦力为静摩擦力fs1，接触点p1在第一变刚度柔性梁9.1的带动下，产生沿水平轴正向和垂直轴正向的位移，工作滑台3沿水平轴正向移动，同时接触点p1沿垂直轴正向的位移增加了第一陶瓷驱动足10.1与陶瓷摩擦片4间的接触力fc1，在一定范围内，接触力越大，输出力越大；电压逐渐下降阶段，第一小压电陶瓷12.1缩短，接触点p1与陶瓷摩擦片4间的摩擦力为动摩擦力fd1，接触点p1在第一变刚度柔性梁9.1的带动下，产生沿水平轴负向和垂直轴负向的位移，接触力fc1减小，同时动摩擦力fd1减小，一定程度上减小了回退位移；在一个激励信号周期内，接触点p1的运动轨迹近似为椭圆。
22、步骤三：在上述的对称电压信号u1_step的电压下降阶段，为第二大压电陶瓷11.2施加锯齿波回退抑制电压u2_suppression，进一步减小回退位移。
23、进一步的，所述的反向步进模式驱动步骤与上述正向步进模式驱动步骤同理。
24、进一步的，所述的扫描模式驱动在步进模式驱动后执行；扫描模式驱动时，小压电陶瓷不伸长，大压电陶瓷在缓慢上升的锯齿波电压作用下缓慢伸长，驱动工作滑台3在水平轴方向慢速运动，完成精定位。
25、本发明的有益效果在于：
26、(1)本发明在柔性铰链架上设计了两个对称分布的变刚度柔性梁，提高回退运动抑制能力的同时能够保证正反向运动的一致性。
27、(2)本发明提出了基于应变片的辅助预紧力自适应调控策略，可实现面向不同负载的摩擦力调整，保证输出特性。
28、(3)本发明采用双压电陶瓷驱动原理，可满足大范围、高精度兼容的驱动器设计要求，实现大行程跨尺度亚纳米定位。
29、(4)本发明集成了位置反馈传感单元，整体结构紧凑，适合批量生产。