超声电机微纳驱动参数调节机构设计

中国机械工程 ›› 2013, Vol. 24 ›› Issue (07): 886-889.

超声电机微纳驱动参数调节机构设计

徐从裕;孙雅琼;方文琼;罗洋;袁航周

合肥工业大学,合肥,230009

出版日期:2013-04-10 发布日期:2013-04-27
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2011HGZL0007）；安徽省自然科学基金资助项目（11040606M113）
Fundamental Research Funds for the Central Universities( No. 2011HGZL0007 );
Anhui Provincial Natural Science Foundation of China（No. 11040606M113）

Design on Adjusting Mechanism for Micro/Nano-Actuation Parameters of Ultrasonic Motor

Xu Congyu;Sun Yaqiong;Fang Wenqiong;Luo Yang;Yuan Hangzhou

Hefei University of Technology,Hefei,230009

Online:2013-04-10 Published:2013-04-27
Supported by:

Fundamental Research Funds for the Central Universities( No. 2011HGZL0007 );
Anhui Provincial Natural Science Foundation of China（No. 11040606M113）

摘要/Abstract

摘要：

为解决超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位的可控问题,设计了一种基于双压电陶瓷驱动的调节机构,将双压电陶瓷驱动与超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位控制关联起来,并利用ANSYS Workbench有限元分析软件对调节机构进行了分析。通过对双压电陶瓷施加0~54V调节电压的实验,证实了调节机构能够使超声电机驱动头在x和y两个方向上获得所需的微纳米调节功能,调节范围为,x方向±1.2~±2.36μm,y方向±4.0μm,调节分辨率1~2nm,满足超声电机对驱动轨迹及微行程纳米定位的参数控制要求。

关键词: 超声电机, 驱动轨迹, 压电陶瓷, 调节机构

Abstract:

To improve the controllability of locus and micro-displacement adjustment for nanopositioning of ultrasonic motor, an adjusting mechanism based on double PZT was designed to establish the relation of double PZT control with the locus control and mirco-displacement control of ultrasonic motor and the structure of adjusting mechanism was analyzed by finite element software of ANSYS Workbench. The experiments show that, when 0~54V control voltage is exerted on double PZT, the adjusting mechanism can realize ±1.2μm up to ±2.36μm displacement adjustment in x direction and ±4.0μm displacement adjustment in y direction with 1~2nm resolution of ultrasonic motor head, which meets the requirements of ultrasonic motor for locus control and micro-displacement control for nanopositioning.

Key words: ultrasonic motor, actuation locus, piezoelectric ceramics, adjusting mechanism

中图分类号:

TP215

徐从裕, 孙雅琼, 方文琼, 罗洋, 袁航周. 超声电机微纳驱动参数调节机构设计[J]. 中国机械工程, 2013, 24(07): 886-889.

XU Cong-Yu, SUN Ya-Qiong, FANG Wen-Qiong, LUO Xiang, YUAN Hang-Zhou. Design on Adjusting Mechanism for Micro/Nano-Actuation Parameters of Ultrasonic Motor[J]. China Mechanical Engineering, 2013, 24(07): 886-889.

参考文献

[1]赵淳生. 面向21世纪的超声电机技术[J]. 中国工程科学, 2002, 4(2)：86-91.
Zhao Chunsheng. Ultrasonic Motor Techniques for 21st Century[J].Engineering Science,2002,4(2):86-91.
[2]袁淑娟. 基于超声电机的护理机器人的设计与实现[J]. 微计算机应用, 2007, 28(11)：1197-1200.
Yuan Shujuan.Design and Realization of Ultrasonic Motor Based Nursing Robot[J].Microcomputer Applications,2007,28(11):1197-1200.
[3]徐从裕. 双模态超声电机抗慢速爬行驱动模式研究[J]. 电子测量与仪器学报, 2011, 25(2)：141-146.
Xu Congyu. Study on Anti-slow Crawling Actuation Mode of Bimodal Ultrasonic Motor[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument,2011,25(2):141-146.
[4]Takano M, Hirosaki K, Takimoto M, et al. Improvements in Controllability of Ultrasonic Linear Motors by Longitudinal-Bending Multilayered Transducers with Independent Electrodes[J]. Japanese Journal of Applied Physics, 2011,50(7)：07HE25-1-6.
[5]周虎, 杨建国, 陈少梅. 基于压电陶瓷的超精密进给系统的设计与分析[J]. 机械设计, 2010,27(8)：23-27.
Zhou Hu, Yang Jiangguo,Chen Shaomei.Design and Analysis of Ultra-precision Feeding System Based on Piezoelectric Ceramics[J].Journal of Machine Design,2010,27(8):23-27.
[6]程伶俐, 余晓芬, 余卿,等. 压电陶瓷驱动器弹性套筒的研究[J]. 中国机械工程, 2010, 21(10)：1139-1142.
Chen Lingli,Yu Xiaofen,Yu Qing.Research on Elastic Sleeve of Piezoelectric Ceramic Drver[J].China Mechanical Engineering 2010,21(10):1139-1142.
[7]韩同鹏, 李国平, 沈杰. 基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究[J]. 传感器与微系统, 2010, 29(2)：51-53.
Han Tongpeng,Li Guoping, Shen Jie.Study on Accurate Positioning Technology of Piezoelectric Ceramics Micro-displacement Actuator[J]. Transducer and Microsystem Technologies,2010,29(2):51-53.
[8]戴一帆, 杨海宽, 王贵林,等. 压电陶瓷驱动的超精密快刀伺服系统的设计与研制[J]. 中国机械工程, 2009, 20(22)：2717-2721.
Dai Yifan,Yang Haikuan, Wang Guilin.Design and Development of an Ultra-precision Fast Tool Servo System Driver by Piezoelectric Ceramic[J].China Mechanical Engineering,2009,20(22):2717-2721.
[9]胡长德, 赵美蓉, 李咏强,等. 大行程纳米级压电微动工作台的设计与实验研究[J]. 传感技术学报, 2009, 22(6)：803-807.
Hu Changde，Zhao Meirong, Li Yongqiang.Study on Design and Experimentation of Piezoelectric Micro-Moving Platform with Nano-Step and Long-Range[J].Chinese Jouranl of Sensors and Actuators,2009,22(6):803-807.

[1]	安君;吕海峰;耿彦章;韩彦南. 可调频Helmholtz共振器声学性能[J]. 中国机械工程, 2018, 29(08): 954-957,964.
[2]	华顺明, 孟玉明, 李志强, 楼应侯, 李加林, . 螺旋驱动杆式行波型超声电机[J]. 中国机械工程, 2015, 26(18): 2518-2524.
[3]	孙士平, 胡政. 双足反向型直线超声电机的优化设计及性能仿真[J]. 中国机械工程, 2015, 26(13): 1783-1788.
[4]	郝永平1;董福禄1;张嘉易1;包丽雅2. 基于MEMS机构装配的微夹持器研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(5): 596-601.
[5]	秦海辰;尹周平. 纯电力加载下压电陶瓷内环迟滞特性的实验研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(4): 517-521,526.
[6]	李海林, 王寅, 黄卫清, 梁宇. 一种双足驱动压电直线电机[J]. 中国机械工程, 2014, 25(20): 2719-2723.
[7]	秦海辰;尹周平. 压电陶瓷晶体迟滞特性的本构关系研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(15): 2059-2064.
[8]	周景亮1,2;陈超2;王均山2;郑伟1. 旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(10): 1369-1373,1380.
[9]	董迎晖;唐茜;翟华;赵韩. 基于消除线性滑动的杆状超声电机研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(24): 3309-3313.
[10]	潘雷, 王寅, 黄卫清, 张胜. 多足箝位式压电直线电机的研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(08): 1080-1084.
[11]	胡宁, 姚志远, 赵文涛. 直线超声电机柔性夹持元件的设计[J]. 中国机械工程, 2012, 23(9): 1089-1091,1098.
[12]	范伟, 李钟慎, 崔长彩. 压电陶瓷拨爪电机驱动特性研究[J]. 中国机械工程, 2012, 23(23): 2788-2792.
[13]	毛崎波. 通过压电分流阻尼技术抑制结构振动的实验研究 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(22): 2690-2693.
[14]	张健滔1, 朱华2, 赵淳生2. 杆式旋转超声电机在精密定位平台上的应用 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(15): 1842-1846.
[15]	贺红林1, 2, 曾劲松3, 龙玉繁1, 刘文光1. 行波超声电机的运转特性及其电学建模研究 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(14): 1639-1644.