压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置.pdf

本发明涉及一种超精密步进驱动装置，属于利用无阀压电叠堆泵和电流变阀对精密液压缸进行驱动和控制的步进驱动装置。管道中流动电流变液，5个电流变阀分布在各个管路上，无阀压电叠堆泵输出精密脉冲动力实现对精密液压缸的驱动。系统可以实现液压缸的正反向精密步进驱动。优点在于：输出位移分辨率高，响应速度快，输出载荷较大，噪音低，工作寿命长，在精密驱动领域具有重要价值。本发明涉及的是一种压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置。

1、  一种压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置，其特征在于：管道上固定连接电流变阀一、电流变阀二、电流变阀三、电流变阀四和电流变阀五，驱动源无阀压电叠堆泵的入口和出口相同、并与管道连接，管道的出口一与容器一连接、管道的出口二与容器二连接，精密液压缸内装有活塞杆，该精密液压缸的一侧输入输出管道与管道上位于电流变阀一、电流变阀二之间的出口三相连接，该精密液压缸的另一侧输入输出管道与管道上的出口四连接。

压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置
技术领域
本发明涉及的压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置，属于精密电子机械领域。
背景技术
随着现代科学技术和工业技术的发展，特别是微/纳米技术发展，在硅微电子加工领域、在微机器人操作领域，在超精密切削领域、在光纤、光学调整及生物医学等领域，人们越来越要求具有超精密驱动的高科技技术，来实现超精密的定位、位移和运动。传统的步进电机已经不能满足更高精度的使用要求。近年来，压电型精密驱动器以其优良的性能逐渐引起人们的关注，压电型精密驱动器虽说有一定的输出精度，但由于机械结构自身的局限性，其输出驱动力较小，一直制约其发展。
本发明人发明了一种新型电流变阀，已经同时申请了中国发明专利，该电流变阀能够实现高频率、长寿命的工作性能。该发明采取的技术方案是：入口正极板2、正极板11、出口正极板12与负极板一5、负极板二8之间压接用于绝缘的绝缘环6，正负极板间的间隙通过绝缘环6的厚薄进行调整，入口正极板2上有流体入口4，出口正极板12上有流体出口9，正极板11上有流体流道10；负极板边缘有流道3，入口正极板2与出口正极板7之间通过四个螺栓1、连接在一起，通过压力使各个极板和绝缘环连接在一起。参见图2。
其工作原理是：当电源断开时，正、负极板间没有外加电场，各通道以及极板间隙中的电流变液在压力的作用下正常流动，实现阀的流通功能；当电源接通时，正负极板间附加电场，电流变液在电场的作用下迅速相变为固态或准固态，实现阀的截止功能。
发明内容
本发明提供一种压电/电流变混合超精密液压步进驱动装置，该驱动系统能够实现输出位移分辨率高，响应速度快，输出载荷较大，噪音低，工作寿命长的工作性能。为实现该目的，本发明采取的技术方案是：管道上固定连接电流变阀一、电流变阀二、电流变阀三、电流变阀四和电流变阀五，驱动源无阀压电叠堆泵的入口和出口相同、并与管道连接，管道的出口一与容器一连接、管道的出口二与容器二连接，精密液压缸内装有活塞杆，该精密液压缸的一侧输入输出管道与管道上位于电流变阀一、电流变阀二之间的出口三相连接，该精密液压缸的另一侧输入输出管道与管道上的出口四连接。
其工作原理是：第一步：当电流变阀二、电流变阀三、电流变阀五通电时，由于电流变效应，其内部的电流变液固化，实现阀的阻止功能。此时，给无阀压电叠堆泵通电工作，驱动管道内的电流变液通过电流变阀四流入精密液压缸右侧，驱动活塞杆向左运动，精密液压缸左侧的电流变液通过未通电的电流变阀一流入容器一中。如果压电叠堆泵的输出流量非常小，则精密液压缸活塞杆的步进位移量非常小，实现步进位移的高分辨率。
第二步：当给电流变阀二、电流变阀四通电，电流变阀三断电，然后给无阀压电叠堆泵断电时，此时，无阀压电叠堆泵泵腔体积增大，把电流变液通过断电的电流变阀三吸入无阀压电叠堆泵中。
第三步：重复第一步和第二步，则活塞杆以步进的方式向左步进运动。
当采用一下驱动方式时，则向右步进运动：
第一步：当电流变阀一、电流变阀三、电流变阀四通电时，由于电流变效应，其内部的电流变液固化，实现阀的阻止功能。此时，给无阀压电叠堆泵通电工作，驱动管道内的电流变液通过电流变阀二流入精密液压缸左侧，驱动活塞杆向右运动，精密液压缸右侧的电流变液通过未通电的电流变阀五流入容器二中。如果压电叠堆泵的输出流量非常小，则精密液压缸活塞杆的步进位移量非常小，实现步进位移的高分辨率。
第二步：当给电流变阀二、电流变阀四通电，电流变阀三断电，然后给无阀压电叠堆泵断电时，此时，无阀压电叠堆泵泵腔体积增大，把电流变液通过断电的电流变阀三吸入无阀压电叠堆泵中。
第三步：重复第一步和第二步，则活塞杆以步进的方式向右步进运动。
本发明主要采用压电叠堆泵和电流变阀实现对精密液压缸的驱动和控制，压电泵在高精度电压信号驱动下能产生精密的流量，驱动电流变液通过管道及电流变阀进入精密液压缸；而电流变阀中的电流变液在电场作用能快速固化，形成阀的阻断功能，通过泵和阀的时序控制即可实现对精密液压缸的精密步进驱动。
本发明的优点在于：输出位移分辨率高，响应速度快，输出载荷较大，噪音低，工作寿命长。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是现有技术新型电流变阀的结构示意图。
具体实施方式
管道3上固定连接电流变阀一4、电流变阀二5、电流变阀三6、电流变阀四8和电流变阀五9，驱动源无阀压电叠堆泵7的入口和出口相同、并与管道连接，管道的出口一12与容器一2连接、管道的出口二13与容器二10连接，精密液压缸11内装有活塞杆1，该精密液压缸的一侧输入输出管道与管道上位于电流变阀一4、电流变阀二5之间的出口三14相连接，该精密液压缸的另一侧输入输出管道与管道上的出口四15连接。
本发明中采取的电流变阀为背景技术中介绍的电流变阀。