应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计

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一种承载式变摩擦力非对称磁压电惯性旋转驱动器[实用新型专利]

专利名称：一种承载式变摩擦力非对称磁压电惯性旋转驱动器专利类型：实用新型专利
发明人：程光明,陈康,温建明,邢春美,朱澎锋,朱苗苗
申请号：CN201620045023.9
申请日：20160107
公开号：CN205490229U
公开日：
20160817
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种承载式变摩擦力非对称磁压电惯性旋转驱动器，是一种电磁混合作用驱动机构。

驱动器由底座、轴承、轴、旋转主体、磁支架、隔离套、指针和承载装置组成。

轴与固定在圆形底座上的轴承连接，顶部安装有指针，隔离套、磁支架通过螺栓与主体块连接，旋转主体与轴过盈配合。

当给旋转主体上的压电双晶片施加对称信号时，压电双晶片在非对称夹持下产生非对称惯性力矩，此力矩通过磁支架上的永磁体产生的对称磁场力进一步加强，在承载变摩擦装置的配合下，能实现旋转主体的定向转动，其中的隔离套用于保护驱动器结构。

本实用新型的优点在于：摩擦力调节方便、方式新颖、驱动电路简单、运动平稳、无干扰。

申请人：浙江师范大学
地址：321004 浙江省金华市迎宾大道688号浙江师范大学
国籍：CN
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双向旋转非对称惯性压电驱动器理论与试验研究

２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３２１００４，Ｃｈｉｎａ）
ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｌａｗｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆ
关键词：双向旋转；非对称；压电；惯性驱动器
中图分类号：ＴＭ３８４；ＴＨ７０３．８文献标志码：Ａ
文章编号：０２５３ — ９８７Ｘ（２０１３）１２ — ００９０ — ０５
ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＢｉ－ＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＲｏｔａｒｙＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＡｃｔｕａｔｏｒ
第４７卷

第１２期
西安交通大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ ’ ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＶｏＩ．４７ＮＯ．１２
Ｄｅｃ．２Ｏ１３
２０１３年１２月
ＤＯＩ：１０．７６５２／ｘｊｔｕｘｂ２０１３１２０１６

摩擦非对称型惯性压电直线驱动装置与方法[发明专利]

专利名称：摩擦非对称型惯性压电直线驱动装置与方法专利类型：发明专利
发明人：黄虎,孙午向,杨兆军,李轩,王馗沣,徐智
申请号：CN202110039628.2
申请日：20210113
公开号：CN112803829A
公开日：
20210514
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种摩擦非对称型惯性压电直线驱动装置与方法，属于精密机械领域。

该驱动装置包括基础单元、驱动单元与滑块。

驱动单元是一个带有桥式位移放大铰链以及左右两对刚度不同驱动足的非对称柔性铰链机构，经由螺钉与滑块相连接；滑块在基础单元的导轨上滑动；驱动单元通过过盈配合安装在基础单元的U形槽内。

该装置的驱动方法为：左右两对驱动足刚度不同，导致其与U形槽之间能承受的最大静摩擦力不同，当连续锯齿形驱动电压施加于压电叠堆时，基于惯性冲击原理，滑块将产生直线步进运动。

优点在于：结构简单，易加工、装配和控制，可实现高速大行程和高负载输出，且无回退位移。

在微纳操作、精密仪器、精密加工等领域有良好的应用前景。

申请人：吉林大学
地址：130012 吉林省长春市前进大街2699号
国籍：CN
代理机构：长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
代理人：李荣武
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基于非对称夹持的压电旋转驱动器设计

基于非对称夹持的压电旋转驱动器设计温建明;程光明;马继杰;曾平;阚君武【摘要】A novel piezoelectric inertial rotary actuator was presented herein based on asymmetric clamping mechanism.The actuator can achieve unidirectional rotation movement by the reciprocating swing of the masses to produce asymmetric inertial impact force when the piezoelectric bimorph pasted on the substrate was applied to the symmetric electrical signals.A prototype was fabricated and a seG ries of experiments were conducted to evaluate its performance in terms of angular displacement,fricG tion torque,and load characteristics.The results show that the angular displacement resolution of 1 . 82μrad is obtained by applied square wave of 15 V,frequency of 10 Hz under the clamping difference of 3 mm and maximum output load is 0.122 N under the friction torque of 2.475 N�mm.%设计了一种新型非对称夹持压电旋转驱动器.通过对称性电信号激励粘贴在基板上的压电晶片,使基板自由端带动质量块非对称地往复摆动,进而产生非对称的惯性驱动力,实现压电旋转驱动器的定向运动.研制了非对称压电惯性旋转驱动器样机,搭建了驱动器的测试系统,对驱动器步长、摩擦力矩、载荷特性等进行了测试.结果表明,驱动器在电压为15 V、频率为10 Hz、夹持差为3 mm 时,步长分辨率为1．82μrad,摩擦力矩为2．475 N�mm条件下的最大输出载荷为0．122 N.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2016(027)008【总页数】6页(P1026-1030,1031)【关键词】压电;惯性;驱动器;非对称【作者】温建明;程光明;马继杰;曾平;阚君武【作者单位】浙江师范大学，金华，321004;浙江师范大学，金华，321004;浙江师范大学，金华，321004;浙江师范大学，金华，321004;浙江师范大学，金华，321004【正文语种】中文【中图分类】TM384;TH703.8近年来，在超精密加工、空间激光通讯跟踪、扫描电镜等领域，以压电陶瓷为核心驱动元件的高精度定位驱动器得到了广泛应用[1-2]。

应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计

应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计李晓韬;程光明;杨志刚;马希里;曾平【摘要】针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状,采用对称电压信号驱动压电振子,设计了非对称夹持式压电旋转驱动器.用对称波电信号作用在压电双晶片振子上,产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力,驱动机构实现旋转位移.建立了压电旋转驱动器的动力学模型,分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程.组成了压电旋转驱动器的测试系统,在不同电压幅值、频率的方波激励下,对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试.结果表明:非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动,最大行程为360°,最大承载能力超过300 g,步长分辨率为5 μrad,最大转动速度为4 000 μrad/s;驱动器样机在20 V、2 Hz的方波激励下,平均运动步长为12 μrad,转动速度为24 μrad/s.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】6页(P156-161)【关键词】非对称波;惯性冲击;压电双晶片;旋转驱动器【作者】李晓韬;程光明;杨志刚;马希里;曾平【作者单位】吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130022;吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130022;吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130022;吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130022;吉林大学,机械科学与工程学院,吉林,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TM384;TH703.81 引言近年来,随着微纳米技术的迅猛发展,在超精密加工、精密器件微制造、精密测量、航天等相关技术领域都迫切需要精密驱动机构[1-5]。

压电陶瓷是一种广泛应用于精密微驱动领域的功能材料,能够实现微纳米级的精密位移控制,因而以压电材料为驱动元件的驱动器成为近年来精密驱动装置的一个重要分支。

具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器

具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器程光明;陈康;温建明;邢春美;曾平;鲍慧璐【摘要】为改善惯性压电驱动器输出性能,提出了一种新型具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器.在非对称夹持的基础上,定义了一种偏置结构.为了解偏置结构对驱动器输出性能的影响,建立了机构的力学模型方程,推导并仿真分析了驱动器的动力学特性.设计、制作了试验样机,搭建了试验系统;进行了试验测试并与无偏置结构驱动器进行了性能对比.结果表明:偏置距离为15 mm时,驱动器输出步距角速度最大.与无偏置结构驱动器相比,驱动电压为100 V、23 Hz时,驱动器输出最大角速度从3.48 rad/s增加至5.39 rad/s,增幅达54.88％,驱动器最大驱动力矩从2.41 N· mm增加至3.62 N·mm,增幅达50.2％;驱动电压为100 V,4 Hz时,驱动器稳定运行时的承载量达1 300 g.理论与试验结果表明,提出的有偏置结构的驱动器具有输出步距角速度和驱动力矩更大的特点.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)009【总页数】9页(P2208-2216)【关键词】压电旋转驱动器;惯性驱动器;非对称夹持;偏置结构;输出特性【作者】程光明;陈康;温建明;邢春美;曾平;鲍慧璐【作者单位】浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004;浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004;浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004;浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004;浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004;浙江师范大学精密机械研究所,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】TN384近年来，精密驱动器的研究逐渐成为热点，在超精密加工[1]、半导体产业[2]、航空航天[3]、应用光学[4]以及复合材料[5]等领域都得到了广泛应用。

其所需的运动范围和分辨率分别在微米和纳米级别。

一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置[发明专利]

专利名称：一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置
专利类型：发明专利
发明人：李建平,万嫩,胡意立,温建明,陈世楚
申请号：CN201910291893.2
申请日：20190408
公开号：CN110855181A
公开日：
20200228
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于非对称三角形铰链机构的旋转式压电驱动装置，由压电叠堆、非对称三角形铰链机构、转子、预紧螺钉、预紧楔块和底座组成。

压电叠堆在电压信号驱动下可伸长和恢复；非对称三角形铰链机构可实现寄生惯性运动；预紧螺钉和预紧楔块调节非对称三角形铰链机构与转子间的初始预紧力；底座起支撑作用。

本发明压电叠堆主输出方向与转子的旋转中心在一条直线上，可充分利用压电叠堆主输出方向的刚度；非对称三角形铰链机构结构简单，刚度输出性能好，能承受较大的负载，大大提高了驱动装置的输出负载，可实现转子的旋转步进式运动。

该装置可应用于精密超精密机械加工、微机电系统、微操作机器人、大规模集成电路制造、生物技术领域。

申请人：浙江师范大学
地址：321004 浙江省金华市婺城区迎宾大道688号
国籍：CN
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变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器

变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器马继杰;张海滨;程光明;曾平;温建明;李新辉【摘要】设计了以非对称机械夹持压电双晶片振子为驱动元件,支撑面之间正压力可以改变的非对称夹持惯性压电旋转驱动器.分析了该驱动器的运动机理,建立了非对称夹持压电双晶片振子的仿真分析模型,研制了实验装置,并采用ANSYS仿真分析和试验测试对比的方式,探讨了非对称夹持压电双晶片振子在对称方波激励电信号作用下的瞬态加速度响应情况.仿真分析和试验测试结果表明,在对称方波激励电信号作用下,非对称夹持压电双晶片振子具有较好的惯性冲击特性.试验研究了变正压力非对称夹持惯性压电旋转驱动器在不同旋转角度和激励电信号频率条件下的工作性能,结果表明:在夹持差为4 mm,激励电信号电压为30 V,激励电信号频率为5 Hz,压电振子与接触平面之间夹角为50°时,研制的压电旋转驱动器能够明显减少惯性压电旋转驱动器回退的现象,可实现稳定单向旋转.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)005【总页数】7页(P1365-1371)【关键词】压电驱动器;旋转驱动器;非对称夹持;变正压力;瞬态响应【作者】马继杰;张海滨;程光明;曾平;温建明;李新辉【作者单位】浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004;浙江师范大学工学院,浙江金华321004【正文语种】中文【中图分类】TN3841 引言压电驱动器具有位移分辨率高、频率响应快、不发热、无电磁干扰等特点，在微机械的自动装配装置、微机器人操作、微型机械制造、精密光学调整、纳米加工和光纤对接、航天领域以及生物医学等领域得到了广泛应用［1-4］。

其中，利用压电元件动态特性的压电惯性驱动器（IDM）在精密驱动领域已发展为一种独特的驱动形式，如超真空用精密位移装置，微型机器人手臂和扫描隧道显微镜等。

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关键词：对称波；性冲击；电双晶片；转驱动器非惯压旋
中图分类号：Ｍ３４Ｔ０．Ｔ８；Ｈ７３８
文献标识码：Ａ
Ｄｅｉｎｏｓｍｍｅｒｃｌｒｔｔｄｐｅｏｌｃｒｃａｔａｏｓｓｇｆａｙｔｉａｏａｅｉｚｅｅｔｉｃｕｔｒｂｓｄｏｍｐａｔｄｉｉｇｐｒｎｉｅａｅｎｉｃｒｖｎｉｃｐｌ
向转动，大行程为３０，大承载能力超过３０ｇ步长分辨率为５／ａ，大转动速度为４００￣ａ／；动器样机在最６。最０，￣ｄ最ｒ０ｒｄｓ驱
２２Ｈｚ的方波激励下，均运动步长为１￣ｄ转动速度为２ｒｄｓＯＶ、平２／ａ，ｒ４￣ａ／。
应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计
李晓韬，程光明，杨志刚，马希里，平曾
（吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春１０２）３０２
摘要：对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状，用对称 பைடு நூலகம் 压信号驱动压电振针采
子，计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上。生正反两个方向大小不同的周设产期性惯性冲击力，动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型，析了非对称夹持旋转驱动器实现大驱分
第１８卷
第１期
光学精密工程
ＯｐｔｃｎｅｉｉｉｓａｄＰｒｃｓｏｎＥｎｇｎｅｉｇｉｅｒｎ
Ｖｏ．８Ｎｏ１Ｉ１．
２１００年１月
Ｊｎ２１ａ．００
文章编号１０ — ２Ｘ２１）１０５ — ６０４９４（ＯＯＯ — １６０
ＬＩＸｉｏｔｏ。ａ —ａＣＨＥＮＧＧｕａｇｍｉｇ，ｎ — ｎＹＡＮＧ — ａｇ，Ａ —ｉＺＥＮＧｎＺｈｉｇｎＭＸｉｌ，Ｐｉｇ
（ｏｌｇｆＭｅｈｎｃｌＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＣｌｅｅｏｃａｉａｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ＪｌｎＵｎｖｒｉｙ，Ｃａｇｈｎ１０２Ｃｈｎｉｉｅｓｔｉｈｎｃｕ０２，ｉａ）３
小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统，不同电压幅值、率在频
的方波激励下，压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明：对非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单
Ａｂｔａｔ：Ｔｈｅａｙｓｒｃｓｍｍｅｒｃｌｒｔｔｄｐｅｏｌｃｒｃａｔｔｓｍａｎｙｄｉｎｂｙａｓｗｔｏｈｗａｅ，ｍｅｔｉａｏａｅｉｚｅｅｔｉｃｕａｏｒｉｉｌｒｖｅａｏｔｖｎａ — ｌｙ，ａｋｉｄｏｓｍｍｅｒｃｌｗａｅｎｆａｙｔｉａｖ．Ｏｎｔａｉｆｔｂｌｔｙｈｅｂｓｓｏｈｅａｉｉｙｏｆｓｍｍｅｒｃｌｗａｅｄｉｅａｄｔｒｎｃ— ｔｉａｖｒｖｎｈｅｐｉｉｐｅｏｈｏｅｓｉｚｅｅｔｉｆｅｔｅｉｃｍｅｕｓｎｇｓｍｍｅｒｃｌｗａｏｄｒｖｈｅｐｅｏｌｃｉｆｔｅｃｎｖｒｅｐｅｏｌｃｒｃｅｆｃ，ａｄｓｇｎｓｈｅｉｙｔｉａｖｅｔｉｅｔｉｚｅｅ — ｔｉａｔｌｖｅｉｒｈｓｉｏｐｅｒｃｃｎｉｅｒｂｍｏｐｓｐｒｏｓｄ．Ｔｈｅｓｍｍｅｒｃｌｗａｅｉｃｅｈｅｐｅｏｌｃｒｃｃｎｉｅｒｂ — ｙｔｉａｖｓａｔｄｏｎｔｉｚｅｅｔｉａｔｌｖｅｉｍｏｐｏｇｔｉｅｔａｍｐｃｏｃｓｉｉｆｒｎｔｄｒｃｉｓｔｉｅｔｏａｅｃｕｔｒｔｅｌｚｈｅｒｈｓｔｅｎｒｉｌｉａｔｆｒｅｎｄｆｅｅｉｅｔｏｎｏｄｒｖｈｅｒｔｔｄａｔａｏｏｒａｉｅｔｍｏｅｎ．Ｔｈｅｄｙｍｉｄｌｏｈｅｒａｅｃｕｔｓｃｎｓｒｔｄ，ｗｈｅｍｏｅｎｒｎｃｐｌｓａ — ｖｍｅｔｎａｃｍｏｅｆｔｏｔｔｄａｔａｏｒｉｏｔｕｃｅｏｓｖｍｅｔｐｉｉｅｉｌＳｎｌｚｄ．ｘｅｉｎａｙｔｍｓｂｕｌｎｈｅｒｔｔｄａｔａｏｒＳｖｌｃｔｈａａｔｒｓｉｓｕｎｒＯａａｙｅＡｎｅｐｒｍｅｔｌｓｓｅｉｉｔａｄｔｏａｅｃｕｔ ’ ｅｏｉｙｃｒｃｅｉｔｃｄｅｄｆｅｅｒｑｎｃｅｎｄｖｏｔｇｅｒｅｔｄ．Ｔｈｅｒｓｌｓｓｏｗｈｔｔｅａｙｉｆｒｎｔｆｅｕｅｉｓａｌａｓａｅｔｓｅｅｕｔｈｔａｈｓｍｍｅｒｃｌｒｔｔｄｐｉｚ — ｔｉａｏａｅｅｏｅｌｃｒｃａｔａｏｅｌｚｓａｔｂｌｎｄｆｗａｄｄｒｃｉｎｍｏｅｎ．ｅｔｉｃｕｔｒｒａｉｅｓａｅａｏｒｒｉｅｔｏｖｍｅｔＷｈｅｈｅｖｔｇｓ２ＶｎｈｅｎｔｏｌａｅｉＯａｄｔ