菱形压电电机在并联精密定位平台中的应用

发布时间：2021-01-29 02:57

　　为了解决传统压电陶瓷驱动器固有的高精度与大行程的矛盾,提出了利用非共振式压电电机的两种不同运动模式来实现精密定位平台的定位高精度与工作大行程的方案。设计了一种新型菱形压电电机,分析其工作原理,给出了定子结构及夹持预紧结构的设计方案。菱形压电电机的实验结果表明,其步进作动模式下定位分辨率为1.0μm,连续运动模式下最大空载速度为0.932mm/s。在此基础上,利用3台菱形压电电机同步驱动并联精密定位平台,实验结果表明,并联平台平动定位分辨率为1.0μm,转动定位分辨率分别为8.6,11和10μrad。实验重复进行10次,动平台定位分辨率的波动率均低于5%,表明了该并联平台具有良好的同步性与重复性。另一方面,利用菱形压电电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为3.54 mm,转动工作行程分别为3.92°,4.16°和4.05°。借助于菱形压电电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究精密定位平台的动态性能、控制规律提供了理论价值和实践基础。 

【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(04)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

菱形压电直线电机定子结构简图

菱形放大机构被广泛应用于精密定位领域，其本质上是两个三角形放大机构的串联组合。菱形压电电机驱动原理如图3所示。在Ⅰ阶段（开始阶段），受预紧机构作用，菱形压电电机驱动足压紧动子表面；当菱形压电电机内部压电叠堆受到锯齿波信号激励后开始向右伸长，此时进入Ⅱ阶段（驱动阶段），依靠驱动足和动子间的静摩擦力带动动子向右运动；到了Ⅲ阶段（回程阶段），锯齿波信号快速下降，压电叠堆迅速收缩，驱动足处于回程阶段，动子由于惯性继续向右运动，但由于驱动足与动子间产生滑动摩擦力，在该摩擦力作用下动子速度有所下降，或者出现少量反方向位移，从宏观上看动子仍然向一个方向持续运动。从菱形压电电机的整个工作运动周期来看，利用锯齿波信号和自身惯性原理能够实现对动子的宏观驱动。图3 菱形压电电机驱动原理简图

图2 菱形压电直线电机夹持预紧机构简图图4为柔性菱形压电电机定子变形示意图。如图4所示，设菱形机构右杆长度为l1，左杆长度为l2，右杆端点P在x方向的位移为a，在y方向的位移为b，左杆端点P在x方向的位移为a′，在y方向的位移为b′，其中b=b′，a+a′=c。由三角函数知识可得

【参考文献】：
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本文编号：3006152