非对称惯性压电旋转驱动系统设计-方案调研和分

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1、目录1.方案调研与分析1.1精密驱动器的类型和特点1.2压电驱动器的驱动方式分类1.3惯性式压电驱动器的研究背景和本设计方案的技术选择2.系统设计2.1系统原理、组成结构2.2系统工作流程3.系统精度及误差分析3.1系统误差源3.2误差补充措施4.课题分工：4.1苏君梓（精24学号2012010595）负责方案调研与分析4.24.34.44.5非对称夹持式惯性压电旋转驱动系统的设计卢悦越苏君梓李天龙闫石81.方案调研与分析1.1精密驱动器的类型和特点1.1.1精密驱动器的分类和比较近年来，随着微纳米技术的迅猛

2、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。精密驱动系统是指位移灵敏度高和精确度好的机构。完整的精密驱动系统包括精密驱动器、控制系统和检测装置三个部分。在精密驱动系统中，驱动器是必需的重要部件，驱动器的性能直接影响精密驱动系统的性能。根据微位移的原理，驱动器可分成两大类：机械式和机电式。要实现亚微米甚至纳米级的定位,常规的驱动和传动方式将不再适合。比如,通常为了实现精密定位，往往采用伺服电机驱动和精密丝杠传动的方案，然而由于螺纹空程和传动摩擦的存在,其定位精度一般只

3、能达到微米级。所以，机械式的驱动原理很难达到所需要的纳米级精度。机电式驱动器的研究一直引起国内外科技界的重视，几十年来己经开发出多种驱动器，归纳起来基本可以分为：电磁式驱动器（旋转式交、直流电动机，直线电动机，步进电动机等）、气压、液压驱动器、特殊型驱动器（超声波、橡胶、超导、形状记忆合金、金属氢、静电、压电等）。几种典型的驱动器及其优缺点如表1.1所示：表1.1几种典型驱动器的比较分类主要特点缺点电磁式（electromagnetic)直线运动分辨率可达μｍ级体积大静电吸引式（electrostatic)体

4、积小位移小，需要高电压和无尘环境电磁伸缩式(electrostrictive)应变和压电驱动器在同一数量级，但蠕变小应变受温度影响明显8磁致伸缩式（magnetostrictive)出力大，动态响应迅速应变小，有电磁干扰形状记忆合金(shapememoryalloys)位移大，高于其他驱动器响应速度慢1.1.2压电驱动器的特点(1)不需传动机构，位移控制精度高，可达0.01μｍ；(2)响应速度快，无机械吻合间隙，约为10μｓ，可实现电压随动式位移控制；(3)压电驱动器单位重量可获得较大的输出功率。己有的数据表

5、明，在小型领域内（100g以下），压电驱动器的单位重量输出力或力矩比电磁驱动器高出一个数量级，单位重量输出功率亦是电磁驱动器的几倍，而且重量越小差距越明显；(4)功耗低，比电磁马达式的驱动器低1个数量级，并且当物体保持一定位置(高度)时，器件几乎无功耗；(5)它是一种固体器件，易与电源、测位传感器、微机等实现闭环控制，且比磁控合金和温控形状记忆合金等其它驱动器体积要小得多；(6)外界磁场对其影响很小。因此，在要求磁干扰影响较小的工作场合，压电驱动器有重要的应用价值。通过上述几种典型驱动器的比较，压电驱动器在各

6、方面有着比较明显的优势。1.2压电驱动器的驱动方式分类压电驱动器作为比较理想的微位移器件，围绕它所进行的关于精密驱动机构的研究近年来十分活跃，压电驱动的精密机构的工作原理主要有3种：直动型、步进型和惯性型。1.2.1直动型精密驱动机构这种机构以压电叠堆为驱动元件，一般通过柔性铰链给其预紧力和弹性恢复力，使用平行四边形柔性铰链机构放大或缩小压电叠堆的位移来驱动。直动型机8构的特点是结构紧凑、无间隙、无摩擦、力大，但行程小，定位精度受迟滞、非线性影响，因此对驱动电路有减小迟滞、蠕变等非线性的要求，而且由于多个方向

7、的柔性铰链之间有干涉，因此实现多自由度驱动较为困难。常见的做法是利用模块化思想，把不同方向的柔性铰链模块采用不同方式象搭积木一样组合起来，即可实现多自由度的精密驱动。1.2.2步进型精密驱动机构步进型精密驱动机构亦称蠕动型精密驱动机构，如图1.1,是利用仿生学原理模仿昆虫的蠕动爬行方式采用钳位-驱动-钳位的原理实现高分辨率、大行程运动和连续位移输出的仿生驱动器。步进型机构通过柔性铰链，使用3个压电叠堆分别构成两个箝位结构和一个压电伸缩体，柔性铰链主要起到预紧和弹性回复的作用。步进型驱动器的基本工作原理如下：图

8、1.1步进型精密驱动机构示意图①初始状态为2个箝位机构都加电箝位，此时驱动器处于箝位状态，不可运动；②左箝位机构(右箝位机构)加电箝位，右箝位机构(左箝位机构）电压变为零；③中间压电伸缩体加电伸长，驱动右箝位机构(左箝位机构）向右(左)运动；④右箝位机构(左箝位机构)加电箝位，左箝位机构(右箝位机构)去掉电压；⑤中间压电伸缩体去掉电压，带动左箝位机构(右箝位机构）向右(左)运动，完成一个周期的运动。