一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，屬于微納精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。由基座(1)、預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)、定子(3)、轉(zhuǎn)子(4)組成，其中預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)和轉(zhuǎn)子(4)安裝在基座(1)上，定子(3)固定在預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)上并與轉(zhuǎn)子(4)保持彈性接觸；所述的定子(3)由柔順機(jī)構(gòu)(3?1)、壓電纖維I(3?2)、壓電纖維II(3?3)組成；給壓電纖維施加驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維I(3?2)和壓電纖維II(3?3)相互配合，使柔順機(jī)構(gòu)(3?1)形成驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明專利技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、行程大，可用于微納加工、精密光學(xué)、航空航天等領(lǐng)域。

A stick slip inertial rotary actuator based on piezoelectric fiber

The invention relates to a stick slip inertial rotary actuator based on a piezoelectric fiber, which belongs to the field of micro nano precision driving. From the base (1), the preload platform (2), (3) the stator and rotor (4), wherein the preload platform (2) and a rotor (4) mounted on the base (1), the stator (3) is fixed on the preload platform (2) and and the rotor (4) keep elastic contact; the stator (3) by a compliant mechanism (3 1), piezoelectric fiber I (3 2), piezoelectric fiber II (3 3); applying drive signal to the piezoelectric fiber, piezoelectric fiber (I 3 2) and piezoelectric fiber II (3 3) with each other, the compliant mechanism (3 1) to form the driving wave, driving the rotor (4). The invention has the advantages of simple structure, high accuracy and large travel range, and can be used in the fields of micro nano processing, precise optics, aeronautics and Astronautics, etc..

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器
本專利技術(shù)涉及一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器,屬于微納精密驅(qū)動(dòng)

技術(shù)介紹
伴隨著精密超精密加工、電子學(xué)、生物技術(shù)、精密測(cè)量等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)微納米精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高，各研究機(jī)構(gòu)也在積極對(duì)大行程、高精度的壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行研究。大行程與高精度相互矛盾，如何較好地解決這個(gè)矛盾,實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的壓電驅(qū)動(dòng)器已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。壓電纖維是一種新型的壓電材料，具有柔性大、質(zhì)量小，適合貼附于表面，較高的機(jī)電耦合系數(shù)，抗破壞能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的壓電驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的結(jié)合，本專利技術(shù)公開(kāi)一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。本專利技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于：由基座、預(yù)緊力加載平臺(tái)、定子、轉(zhuǎn)子組成,其中預(yù)緊力加載平臺(tái)和轉(zhuǎn)子安裝在基座上，定子固定在預(yù)緊力加載平臺(tái)上并與轉(zhuǎn)子保持彈性接觸；所述的定子由柔順機(jī)構(gòu)、壓電纖維I、壓電纖維II組成。給壓電纖維I施加相對(duì)于壓電纖維II滯后1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維I和壓電纖維II相互配合，使柔順機(jī)構(gòu)形成順時(shí)針的驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；給壓電纖維II施加相對(duì)于壓電纖維I滯后1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，柔順機(jī)構(gòu)形成逆時(shí)針的驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的柔順機(jī)構(gòu)包括：柔順機(jī)構(gòu)底座、右剛性臂、弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂、左剛性臂；所述的柔順機(jī)構(gòu)底座、右剛性臂、弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂、左剛性臂逆時(shí)針連接成環(huán)；壓電纖維I和壓電纖維II對(duì)稱粘在弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂內(nèi)側(cè)兩端。本專利技術(shù)的工作原理：壓電纖維具有通正電伸長(zhǎng)、負(fù)電收縮的特性，基于該特性，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)激勵(lì)粘有壓電纖維的定子，形成驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。本專利技術(shù)的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、行程大。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。附圖中：圖1所示為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為本專利技術(shù)的定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為本專利技術(shù)的柔順機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本專利技術(shù)的驅(qū)動(dòng)原理示意圖；圖5所示為本專利技術(shù)的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)波形示意圖；圖6所示為本專利技術(shù)的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)波形示意圖。其中：1、基座；2、預(yù)緊力加載平臺(tái)；3、定子；3-1、柔順機(jī)構(gòu)；3-1-1、柔順機(jī)構(gòu)底座；3-1-2、右剛性臂；3-1-3、弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂；3-1-4、左剛性臂；3-2、壓電纖維I；3-3、壓電纖維II；4、轉(zhuǎn)子。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本專利技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實(shí)施方式。參見(jiàn)圖1至圖4所示，本實(shí)施方式提供一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的具體實(shí)施方案。一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于：由基座(1)、預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)、定子(3)、轉(zhuǎn)子(4)組成,其中預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)和轉(zhuǎn)子(4)安裝在基座(1)上，定子(3)固定在預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)上并與轉(zhuǎn)子(4)保持彈性接觸；所述的定子(3)由柔順機(jī)構(gòu)(3-1)、壓電纖維I(3-2)、壓電纖維II(3-3)組成。所述的柔順機(jī)構(gòu)(3-1)包括：柔順機(jī)構(gòu)底座(3-1-1)、右剛性臂(3-1-2)、弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂(3-1-3)、左剛性臂(3-1-4)；所述的柔順機(jī)構(gòu)底座(3-1-1)、右剛性臂(3-1-2)、弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂(3-1-3)、左剛性臂(3-1-4)逆時(shí)針連接成環(huán)；壓電纖維I(3-2)和壓電纖維II(3-3)對(duì)稱粘在弧形柔順驅(qū)動(dòng)臂(3-1-3)內(nèi)側(cè)兩端。給壓電纖維施加驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維I(3-2)和壓電纖維II(3-3)相互配合，使柔順機(jī)構(gòu)(3-1)形成驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動(dòng)。順時(shí)針正轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)如圖5所示：0時(shí)刻，壓電纖維I(3-2)開(kāi)始施加正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維II(3-3)電壓為0；0-t1階段，壓電纖維I(3-2)伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)順時(shí)針正轉(zhuǎn)；t1時(shí)刻，壓電纖維I(3-2)的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)處于波峰，開(kāi)始對(duì)壓電纖維II(3-3)施加相對(duì)于壓電纖維I(3-2)超前1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)；t1-t2階段，壓電纖維I(3-2)由伸長(zhǎng)狀態(tài)開(kāi)始回縮，壓電纖維II(3-3)縮短，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t2時(shí)刻，壓電纖維I(3-2)電壓為0，壓電纖維II(3-3)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)為負(fù)電壓且處于波谷；t2-t3階段，壓電纖維I(3-2)縮短，壓電纖維II(3-3)由縮短狀態(tài)開(kāi)始伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t3時(shí)刻，壓電纖維I(3-2)電壓為負(fù)電壓且處于波谷，壓電纖維II(3-3)電壓為0；t3-t4階段，壓電纖維I(3-2)由縮短狀態(tài)開(kāi)始伸長(zhǎng)，壓電纖維II(3-3)伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t4時(shí)刻，壓電纖維I(3-2)電壓為0，壓電纖維II(3-3)的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)為正電壓且處于波峰；t4-t5(t1)階段，壓電纖維I(3-2)伸長(zhǎng)，壓電纖維II(3-3)由伸長(zhǎng)狀態(tài)回縮，轉(zhuǎn)子(4)順時(shí)針正轉(zhuǎn)。逆時(shí)針?lè)崔D(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電信號(hào)如圖6所示：0時(shí)刻，壓電纖維II(3-3)開(kāi)始施加正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)；0-t1階段，壓電纖維II(3-3)伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)逆時(shí)針?lè)崔D(zhuǎn)；t1時(shí)刻，壓電纖維II(3-3)的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)處于波峰，開(kāi)始對(duì)壓電纖維I(3-2)施加相對(duì)于壓電纖維II(3-3)超前1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)；t1-t2階段，壓電纖維II(3-3)由伸長(zhǎng)狀態(tài)開(kāi)始回縮，壓電纖維I(3-2)縮短，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t2時(shí)刻，壓電纖維II(3-3)電壓為0，壓電纖維I(3-2)驅(qū)動(dòng)電信號(hào)為負(fù)電壓且處于波谷；t2-t3階段，壓電纖維II(3-3)縮短，壓電纖維I(3-2)由縮短狀態(tài)開(kāi)始伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t3時(shí)刻，壓電纖維II(3-3)電壓為負(fù)電壓且處于波谷，壓電纖維I(3-2)電壓為0；t3-t4階段，壓電纖維II(3-3)由縮短狀態(tài)開(kāi)始伸長(zhǎng)，壓電纖維I(3-2)伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子(4)不動(dòng)；t4時(shí)刻，壓電纖維II(3-3)電壓為0，壓電纖維I(3-2)的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)為正電壓且處于波峰；t4-t5(t1)階段，壓電纖維II(3-3)伸長(zhǎng)，壓電纖維I(3-2)由伸長(zhǎng)狀態(tài)回縮，轉(zhuǎn)子(4)逆時(shí)針?lè)崔D(zhuǎn)。上述驅(qū)動(dòng)行波形成過(guò)程可總結(jié)如下表所示：+：電壓為正；-：電壓為負(fù)；0：電壓為0。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于：由基座(1)、預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)、定子(3)、轉(zhuǎn)子(4)組成,其中預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)和轉(zhuǎn)子(4)安裝在基座(1)上，定子(3)固定在預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)上并與轉(zhuǎn)子(4)保持彈性接觸；所述的定子(3)由柔順機(jī)構(gòu)(3?1)、壓電纖維I(3?2)、壓電纖維II(3?3)組成；給壓電纖維I(3?2)施加相對(duì)于壓電纖維II(3?3)滯后1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維I(3?2)和壓電纖維II(3?3)相互配合，使柔順機(jī)構(gòu)(3?1)形成順時(shí)針的驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；給壓電纖維II(3?3)施加相對(duì)于壓電纖維I(3?2)滯后1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，柔順機(jī)構(gòu)(3?1)形成逆時(shí)針的驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于壓電纖維的粘滑慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于：由基座(1)、預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)、定子(3)、轉(zhuǎn)子(4)組成,其中預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)和轉(zhuǎn)子(4)安裝在基座(1)上，定子(3)固定在預(yù)緊力加載平臺(tái)(2)上并與轉(zhuǎn)子(4)保持彈性接觸；所述的定子(3)由柔順機(jī)構(gòu)(3-1)、壓電纖維I(3-2)、壓電纖維II(3-3)組成；給壓電纖維I(3-2)施加相對(duì)于壓電纖維II(3-3)滯后1/4T的正弦波驅(qū)動(dòng)電信號(hào)，壓電纖維I(3-2)和壓電纖維II(3-3)相互配合，使柔順機(jī)構(gòu)(3-1)形成順時(shí)針的驅(qū)動(dòng)行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；給壓電纖維II(3-...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董景石，徐智，陳文華，劉瑞剛，陳全渠，關(guān)志鵬，關(guān)鍵，周永臣，范尊強(qiáng)，趙宏偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：吉林,22