【CN110752771A】一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910292167.2
(22)申请日 2019.04.08
(71)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
(72)发明人 万嫩　李建平　温建明　陈松　
郑佳佳　张忠华　
(51)Int.Cl.
H02N 2/10(2006.01)
H02N 2/12(2006.01)
(54)发明名称一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台(57)摘要本发明涉及一种基于寄生惯性原理的高效压电旋转精密驱动平台，包括两个压电叠堆、两个非对称薄壁式柔性铰链机构、转子、预紧螺钉、预紧楔块和底座。

两组压电叠堆在电压信号驱动下可伸长和恢复；两组非对称薄壁式柔性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薄壁式柔性铰链机构与转子间的初始预紧力；底座起支撑作用。

本发明两个压电叠堆在电压的时序控制下，交替提供驱动，使非对称薄壁式柔性铰链机构做仿生爬行运动，既增加了输出负载，又消除了运动周期内动子的回退现象，提高了装置的输出性能，实现了转子的高效旋转。

该平台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。

权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 110752771 A 2020.02.04
C N 110752771
A
权　利　要　求　书1/1页CN 110752771 A
1.一种基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，包括两组压电驱动单元I和II、转子(5)、预紧楔块I、II(2、8)、预紧螺钉I、II(1、9)、底座(10)，其特征在于：所述精密驱动装置利用寄生惯性原理采用两组驱动单元实现高效压电旋转精密驱动。

所述压电驱动单元I包括压电叠堆I(3)、非对称薄壁式柔性铰链机构I(4)，压电驱动单元II包括压电叠堆II(7)、非对称薄壁式柔性铰链机构II(6)，压电叠堆I、II(3、7)分别设置在非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)内，压电叠堆I(3)可驱动非对称薄壁式柔性铰链机构I(4)伸长，压电叠堆II(7)可驱动非对称薄壁式柔性铰链机构II(6)伸长，通过控制驱动压电叠堆I、II (3、7)之间的时序，交替工作，实现非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)和转子(5)之间的寄生惯性运动，进而驱动转子(5)的高效旋转运动；所述转子(5)包括旋转台、轴承和旋转轴，旋转台与轴承外圈、旋转轴与轴承内圈、旋转轴与底座(10)为过盈配合；转子(5)的结构使用了高精度轴承来减小其摩擦损耗，轴承通过旋转轴与底座(10)连接，用以实现高精度的旋转运动；非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)通过螺钉安装在底座(10)上；压电叠堆I、II(3、7)可通过预紧楔块I、II(2、8)进行预紧；预紧螺钉I、II(1、9)可调节非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)与转子(5)之间的初始预紧力。

2.根据权利要求1所述的基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，其特征在于设计的非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)可采用弹簧钢、高强度铝合金等材料制造，通过八个薄壁式柔性铰链连接，组成非对称形式的平行四边形结构，刚度输出特性好，在寄生惯性运动中，非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)与转子(5)的接触面可承受较大预紧力，有利于提高压电驱动平台的输出负载。

3.根据权利要求1所述的基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，其特征在于压电叠堆I、II(3、7)的主输出方向与转子(5)的旋转中心在一条直线上，压电叠堆I、II(3、7)主输出方向的较大刚度得到充分利用，大大提高了压电驱动平台的输出负载。

4.根据权利要求1所述的基于寄生惯性原理的新型高效压电旋转精密驱动平台，其特征在于采用非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)的寄生惯性驱动原理，单个压电叠堆I、II(3、7)分别有序得电推动非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)产生两个方向的复合力，一个方向的力作为驱动力推动转子(5)做旋转运动，另一个方向的力向上顶紧转子(5)施加预紧力，其好处在于非对称薄壁式柔性铰链机构I、II(4、6)可以分别同时提供驱动力和预紧力，提高了输出负载性能。

5.根据权利要求1所述的基于寄生惯性原理的新型仿生爬行式压电精密驱动装置，其特征在于通过对两组压电驱动单元I和II的时序控制，交替提供驱动电压。

当只有压电叠堆I(3)通电时，压电叠堆I(3)伸长，通过非对称薄壁式柔性铰链机构I(4)的寄生惯性运动推动转子(5)旋转；当压电叠堆I(3)将要失电时，压电叠堆II(7)得电伸长，通过非对称薄壁式柔性铰链机构II(6)的寄生惯性运动推动转子(5)继续旋转。

在这个过程中，压电叠堆I(3)失电后回退至初始位置时，非对称薄壁式柔性铰链机构I(4)也回复初始状态。

同样，当压电叠堆II(7)失电迅速回退至初始位置时，非对称薄壁式柔性铰链机构II(6)也回复初始状态。

这种交替驱动方式，可消除运动周期内转子(5)的回退现象，同时大大增加输出负载，提高了输出性能。

2。