本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及其激勵(lì)方式，該平臺(tái)包括上部平板以及為上部平板下方的下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)，所述下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)包括彈性支架，該彈性支架包括中部固定臺(tái)以及均布在中部固定臺(tái)四周的四個(gè)彈性足，每一個(gè)彈性足均與一個(gè)直線超聲電機(jī)連接；所述中部固定臺(tái)與上部平板連接成一體，所述彈性足包括彈性連接臂和彈性連接塊，彈性連接臂的一端與中部固定臺(tái)連接，另一端則通過(guò)彈性連接塊與直線超聲電機(jī)連接，所述彈性連接塊為彈性弧形狀構(gòu)件，該彈性弧形狀構(gòu)件的兩端與直線超聲電機(jī)固定。本發(fā)明專利技術(shù)便于超聲電機(jī)的夾持和上部平板的固定，致使本發(fā)明專利技術(shù)具有體積小巧、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其基于直線超聲電機(jī)建立；屬超聲電機(jī)領(lǐng)域。本專利技術(shù)還涉及一種上述基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的激勵(lì)方式。
技術(shù)介紹
超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動(dòng)，依靠摩擦力驅(qū)動(dòng)的新型作動(dòng)器。直線型超聲電機(jī)屬于超聲電機(jī)的一種。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比、快速響應(yīng)、精密定位和無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)療、精密驅(qū)動(dòng)、光學(xué)器件以及航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前基于超聲電機(jī)設(shè)計(jì)的微位移運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，由于導(dǎo)向裝置和執(zhí)行電機(jī)尺寸的限 制，往往體型龐大，質(zhì)量較大，控制系統(tǒng)復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用彈性支架作為上部平板和直線超聲電機(jī)之間的連接構(gòu)件，便于本專利技術(shù)超聲電機(jī)的夾持和上部平板的固定，致使本專利技術(shù)具有體積小巧、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)；另外，本專利技術(shù)次要技術(shù)目的是采用微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，進(jìn)一步鞏固本專利技術(shù)體積小巧、控制方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，使得本專利技術(shù)在微型機(jī)構(gòu)中具有很好的應(yīng)用前景。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本專利技術(shù)將采取以下的技術(shù)方案 一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括上部平板以及為上部平板下方的下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)，所述下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)包括彈性支架，該彈性支架包括中部固定臺(tái)以及均布在中部固定臺(tái)四周的四個(gè)彈性足，每一個(gè)彈性足均與一個(gè)直線超聲電機(jī)連接；所述中部固定臺(tái)與上部平板連接成一體，所述彈性足包括彈性連接臂和彈性連接塊，彈性連接臂的一端與中部固定臺(tái)連接，另一端則通過(guò)彈性連接塊與直線超聲電機(jī)連接，所述彈性連接塊為彈性弧形狀構(gòu)件，該彈性弧形狀構(gòu)件的兩端與直線超聲電機(jī)固定。所述彈性連接臂為弧形薄板結(jié)構(gòu)，且彈性連接臂背向上部平板呈彈性弧形彎曲狀。所述中部固定臺(tái)呈矩形，所述彈性連接臂包括第一連接臂分體以及第二連接臂分體，第一連接臂分體為矩形狀中部固定臺(tái)的其中一個(gè)對(duì)角向外延伸而形成，且第一連接臂分體的延伸端部設(shè)置端耳，第二連接臂分體為薄板彈片構(gòu)件，且第二連接臂分體的一端與端耳連接，另一端則與彈性連接塊連接，所述第二連接臂分體與彈性連接塊的連接端位于中部固定臺(tái)下側(cè)，同時(shí)第二連接臂分體與彈性連接塊的連接端相應(yīng)于上部平板呈上下移動(dòng)。所述直線超聲電機(jī)為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)，包括金屬基板以及壓電陶瓷片；所述壓電陶瓷片具有三個(gè)極化方向相同的極化分區(qū)，其中所述的三個(gè)極化分區(qū)中，位于中部的為彎振極化分區(qū)，而位于兩側(cè)的則為縱振極化分區(qū)；所述金屬基板包括基板本體，該基板本體的一側(cè)與壓電陶瓷片復(fù)合成一體，另一側(cè)的兩端則分別設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足，第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足分別與壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)相對(duì)設(shè)置；所述彎振極化分區(qū)、縱振極化分區(qū)分別與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接，以分別對(duì)應(yīng)地促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、縱振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，所述金屬基板以一階彎曲振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力、以局部微幅振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力的超聲振動(dòng)減摩模態(tài)；所述彈性足與微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的連接部位為一階彎曲振動(dòng)模態(tài)的節(jié)線位置。所述壓電陶瓷片彎振極化分區(qū)的激勵(lì)電源為連續(xù)式方波信號(hào)、壓電陶瓷片兩側(cè)縱振極化分區(qū)的激勵(lì)電源為兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)；壓電陶瓷片的彎振極化分區(qū)在連續(xù)式方波信號(hào)的激發(fā)下，促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，連續(xù)式方波信號(hào)的激勵(lì)頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率fl相等；壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)在兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)的激發(fā)下，促使金屬基板兩側(cè)縱振極化分區(qū)的相對(duì)端分別產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，間隔式正弦信號(hào)的間隔頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率Π接近，所述間隔式正弦信號(hào)的激勵(lì)頻率與局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2相等； 且局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2遠(yuǎn)大于一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率H。所述局部微幅振動(dòng)模態(tài)為一階局部彎振模態(tài)或者一階局部縱振模態(tài)。一種上述基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的激勵(lì)方式，控制各微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的激勵(lì)電源，使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿任一組微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的中心連線做直線運(yùn)動(dòng)或者沿自身中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)設(shè)置的一組微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)作輸出方向相同的直線運(yùn)動(dòng)，而另一組相對(duì)設(shè)置的微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)工作在超聲振動(dòng)減摩模態(tài)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿自身中心軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)設(shè)置的兩組微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的均作輸出方向相反的直線運(yùn)動(dòng)，且相對(duì)設(shè)置的兩組微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的中心軸具有相同的時(shí)針方向。根據(jù)以上的技術(shù)方案，相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn) 1、本專利技術(shù)采用彈性支架作為超聲電機(jī)和上部平板之間的連接機(jī)構(gòu)，該連接機(jī)構(gòu)能夠完成超聲電機(jī)的夾持和上部平板的固定，致使本專利技術(shù)具有體積小巧、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)；另外，本專利技術(shù)采用微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)源，進(jìn)一步鞏固本專利技術(shù)體積小巧、控制方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，使得本專利技術(shù)在微型機(jī)構(gòu)中具有很好的應(yīng)用前景 2、本專利技術(shù)的工作方式由減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定，通過(guò)控制四個(gè)減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在平面內(nèi)X方向，y方向和自身旋轉(zhuǎn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)； 3、本專利技術(shù)所述減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)采用一片三分區(qū)式的壓電陶瓷片激發(fā)電機(jī)的彎曲振動(dòng)模態(tài)和局部縱向振動(dòng)模態(tài)；電機(jī)在非對(duì)稱的摩擦驅(qū)動(dòng)力作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)；通過(guò)控制縱向振動(dòng)的頻率和幅度，可以提聞電機(jī)的輸出功率；另外，該電機(jī)的金屬基板對(duì)頻率一致性沒有要求，因此，便于控制；一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率較低，以便獲得端部驅(qū)動(dòng)足較大的運(yùn)動(dòng)幅度；一階局部縱向振動(dòng)模態(tài)頻率較高，以便獲得較好的減摩效果；電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向由激勵(lì)信號(hào)的相位差確定；另外，實(shí)現(xiàn)減摩作用的振動(dòng)模態(tài)既可以是局部縱振模態(tài)，又可以是局部彎振模態(tài)，可根據(jù)電機(jī)尺寸和具體形狀進(jìn)行選擇；在結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化的情況下，調(diào)節(jié)激勵(lì)源的頻率至該模態(tài)頻率，即可激發(fā)相應(yīng)的振動(dòng)。附圖說(shuō)明圖I是本專利技術(shù)所述三自由度微小型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為圖I的結(jié)構(gòu)分解視圖。圖3為圖I所示三自由度微小型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的工作方式示意圖圖3-1為直線運(yùn)動(dòng)方式示意圖；圖3-2為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式示意圖。圖4為本專利技術(shù)所述三自由度微小型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖4-1為平臺(tái)的立體視圖；圖4-2為平臺(tái)的平面視圖。圖5是本專利技術(shù)所述微小型減摩驅(qū)動(dòng)式超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)沿X軸正向運(yùn)動(dòng)示意圖及激發(fā)信號(hào)圖；圖6bl、b2、b3、b4均為壓電陶瓷片的電源激勵(lì)信號(hào)波形圖；圖6al為對(duì)應(yīng)于圖6bl中t0_tl時(shí)·刻的壓電陶瓷片振動(dòng)模態(tài)圖；圖6a2為對(duì)應(yīng)于圖6b2中tl-t2時(shí)刻的壓電陶瓷片振動(dòng)模態(tài)圖；圖6a3為對(duì)應(yīng)于圖6b3中t2-t3時(shí)刻的壓電陶瓷片振動(dòng)模態(tài)圖；圖6a4為對(duì)應(yīng)于圖6b4中t3-t4時(shí)刻的壓電陶瓷片振動(dòng)模態(tài)圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1、上部平板；2、下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)；3、彈性支架；4-1、4-2、5-1、5_2均為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)；6、第一彈性足；7、第二彈性足；8、第三彈性足；9、第四彈性足；10、電機(jī)的定向運(yùn)動(dòng)；11、電機(jī)的超聲振動(dòng)減摩狀態(tài)；12、電機(jī)的超聲振動(dòng)減摩狀態(tài)；13、平臺(tái)的定向運(yùn)動(dòng)；14、電機(jī)5-1的運(yùn)動(dòng)方向；15、電機(jī)5-2的運(yùn)動(dòng)方向；本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于直線超聲電機(jī)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于：包括上部平板以及為上部平板下方的下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)，所述下部運(yùn)動(dòng)臺(tái)包括彈性支架，該彈性支架包括中部固定臺(tái)以及均布在中部固定臺(tái)四周的四個(gè)彈性足，每一個(gè)彈性足均與一個(gè)直線超聲電機(jī)連接；所述中部固定臺(tái)與上部平板連接成一體，所述彈性足包括彈性連接臂和彈性連接塊，彈性連接臂的一端與中部固定臺(tái)連接，另一端則通過(guò)彈性連接塊與直線超聲電機(jī)連接，所述彈性連接塊為彈性弧形狀構(gòu)件，該彈性弧形狀構(gòu)件的兩端與直線超聲電機(jī)固定。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡俊輝，蘆小龍，趙淳生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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