具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，基于极性薄膜材料的高定位精度长行程推进器，包括壳体1，所述壳体1内设置有压电薄膜叠堆2、运动组件3、制动组件9和控制单元，其中，所述壳体1上滑动连接有制动组件9，所述制动组件9与所述运动组件3可接触连接，所述运动组件3与所述压电薄膜叠堆2固定连接，所述压电薄膜叠堆2与所述控制单元电连接。

所述压电薄膜叠堆2包括正极喷金层15、负极喷金层14、PVDF聚合物薄膜层叠结构和预压紧结构，其中，所述正极喷金层15和负极喷金层14之间固定设置有PVDF聚合物薄膜层叠结构，所述PVDF聚合物薄膜层叠结构上固定设置有预压紧结构。

所述PVDF聚合物薄膜13是一种压电材料，可以制作成柔软的薄膜，无污染、密度低、韧性好、耐冲击，工业化批量生产时薄膜厚度可以达到5um。PVDF聚合物薄膜13还具有较高击穿场强，击穿电压达500V/um，所述PVDF聚合物薄膜13在保留薄膜材料的柔软性、高耐压性、高压电特性外，介电损耗大大降低。采用所述PVDF聚合物薄膜13作成叠堆结构，几乎不受叠堆数量的约束，可以轻松实现成千上万片叠堆，实现较高的定位精度、长行程、耐冲击振动和剪切扭曲。

所述PVDF聚合物薄膜层叠结构的层叠数量为500层至5000层之间，所述PVDF聚合物薄膜层叠结构中每一层上均设置有PVDF聚合物薄膜13，所述PVDF聚合物薄膜13上设置有金属化层12，所述金属化层12敷设在所述PVDF聚合物薄膜13的一个面上，两金属化层12之间固定有一层PVDF聚合物薄膜13，每层PVDF聚合物薄膜13一侧面处的金属化层12与所述正极喷金层15接触连接，所述PVDF聚合物薄膜13的另一侧面处的金属化层12与所述负极喷金层14接触连接。所述正极喷金层15与负极喷金层14分别通过金属化层12为PVDF聚合物薄膜13提供电压。

所述预压紧结构包括弹簧17、压紧片16和支撑柱18，所述支撑柱18一端固定设置有限位板19，所述支撑柱18另一端螺纹连接有压紧片16，所述弹簧17设置在限位板19和压紧片16之间且所述弹簧17与所述支撑柱18滑动连接。

在本实施例中，所述压电薄膜叠堆2的层数可根据具体设计需求而定，数量优选为500~5000之间。每层PVDF聚合物薄膜材料形状为正方形，叠堆厚各端面平齐，端面不平齐度不大于0.1mm。

在本实施例中，在正极喷金层15和负极喷金层14之间放置多层PVDF聚合物薄膜13，在PVDF聚合物薄膜13堆叠完成后，在所述PVDF聚合物薄膜13的顶层固定设置预压紧结构，所述预压结构施加的压紧力根据PVDF聚合物薄膜13的层叠厚度来设定，依据胡克定律F=KX，F为预压紧力，X为弹簧形变量，K为弹性系数，以此来设定弹簧17的压缩量，由于叠堆电致伸缩量远小于叠堆长度，因此，PVDF聚合物薄膜通电伸缩的过程中可认为是受恒定预压紧力。预压紧结构机械具有足够大的刚性保证压电薄膜叠堆2伸缩变形时自身不发生形变。

所述运动组件3包括导轨6、滚轮7、轮轴5和钳制轮4，其中，所述导轨6固定在所述壳体1内壁上且所述导轨6与所述滚轮7滑动连接，所述滚轮7固定在所述轮轴5两端，所述轮轴5与所述钳制轮4刚性连接，所述钳制轮4设置在所述压电薄膜叠堆2两端且所述钳制轮4与所述压电薄膜叠堆2螺纹连接。

所述所述钳制轮4上且与所述导轨6平行的方向上设置有输出轴8，所述输出轴8与所述钳制轮4刚性连接，所述输出轴8上还设置有导向轮，所述导向轮所述壳体1内壁滑动连接。

所述制动组件9包括制动杆11和制动块10，所述制动块10与所述制动杆11刚性连接，所述壳体1上设置有通孔，所述制动杆11通过所述通孔与所述壳体1滑动连接，所述制动块10为拱形制动块10，所述制动块10与所述钳制轮4接触连接。

作为本实施例中的一种优选方式，所述制动杆11为电动推杆，所述电动推杆与所述控制单元电连接。

如图4所示，所述控制单元包括控制板21、第一限位传感器27、第二限位传感器28、电气引出接口24、电源开关23和指示灯，其中，所述控制板21上设置有控制器26和降压变换电路25和升压变换电路20，所述电源开关23分别与降压变换电路25和升压变换电路20电连接，所述降压变换电路25、升压变换电路20、电气引出接口24、第一限位传感器27和第二限位传感器28均与所述控制器26电连接。在本实施例中，所述控制器26优选为单片机。

电源开关23控制着可控制单元的电气总电源的通断，控制板21通过电气引出接口24接收外部指令，所述外部指令设置为编码形式输入，所述外部指令包括使能指令、步进量指令、步进数指令和回位指令，在本实施例中，所述电源开关 23与外部电源连接，优选地，所述外部电源的供电电压为24V。

而且，所述控制器26可以根据需要选择降压变换电路25工作或升压变换电路20工作，以对压电薄膜叠堆2施加不同的电压值，优选地，所述升压变换电路20的输出电压为200V，所述降压变换电路25的输出电压为15V。

所述降压变换电路25和升压变换电路20均与所述压电薄膜叠堆2电连接，所述升压变换电路20为BoostDC-DC升压变换电路，所述降压变换电路25为BuckDC-DC降压变换电路，所述指示灯包括上电指示灯22，使能指示灯30和限位指示灯29，所述上电指示灯22与所述电源开关23电连接，所述使能指示灯30和限位指示灯29均与所述控制器26电连接。

所述第一限位传感器27和第二限位传感器28均为压电式传感器，所述第一限位传感器27和第二限位传感器28分别固定在所述壳体1内且位于所述压电薄膜叠堆2的两端。

所述基于极性薄膜材料的高定位精度长行程推进器的工作过程如下：

闭合电源开关23，所述推进器上电，同时上电指示灯22点亮。控制器26控制推进器上的两制动杆11动作，使得制动块10与钳制轮4相接触，由于制动杆11为电动推杆，此时压电薄膜叠堆2两端的钳制轮4均处于制动状态。

根据实际推进需要，通过电气引出接口24输入步进量指令和步进数指令，而后输入使能指令，此时，控制器26接收步进量指令、步进数指令和使能指令，使能指示灯30点亮，推进器根据指令进行推进动作，再次输入使能指令或者完成设定的步进数时，推进动作停止。

所述推进器的每步推进动作的时序为，首先，图1中左侧的制动杆11脱开对左侧的钳制轮4的夹持，但保持图1中右侧的制动杆11对右侧的钳制轮4的夹持，所述控制单元向所述压电薄膜叠堆2施加依步进量设定的电压，此时压电薄膜叠堆2伸长，推动图1中左侧的钳制轮4移动，图1中左侧钳制轮4的移动从而推动左侧输出轴8前伸。

由于薄膜压电频率相应特性，在撤除压电薄膜叠堆2上的电压时，压电薄膜叠堆2会伸缩，所以，在控制单元撤除电压时，图1中左侧制动杆11动作，来将左侧的钳制轮进行夹持，同时，图1中右侧的制动杆11动作，使得图1中右侧的对钳制轮4的脱离制动杆11的夹持，由于叠堆的电致伸缩特性，电压撤除后，右侧的钳制轮4向图1的左侧回缩，整个过程为一次步进前行，

而后根据设定步数，按所述的每步推动的时序周而复始动作，当接收到回位指令时，所述退进器改为后退运行，也即是向图1的右侧回退。

在本实施例中，无论是推进还是回位，当钳制轮4触碰到第一限位传感器27或第二限位传感器28时，所述推动器自动停止运行，所述限位指示灯29点亮。

本发明公开了一种基于极性薄膜材料的高定位精度长行程推进器，采用PVDF聚合物薄膜作为压电薄膜叠堆的堆叠材料，所述PVDF聚合物薄膜不受叠堆数量的约束，可以实现成千上万片叠堆，且压电薄膜叠堆采用预压紧结构，并与控制单元、运动组件和制动组件配合，可以进行步进推动实现较高的定位精度、且所述PVDF聚合物薄膜的柔韧性，实现多层PVDF聚合物薄膜的推动，同时使得推进器具有长行程、耐冲击振动和剪切扭曲的有益效果。

所述推进器，可实现高定位精度和长行程。可实现的主要性能指标为：

(1)定位精度：±0.5nm;

(2)行程：不小于10mm；

(3)推进力：不小于50N；

(4)推进速度：不小于5mm/min。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。