[发明专利]基于多压电振子弯曲运动的步进蠕动型驱动激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于多压电振子弯曲运动的步进蠕动型驱动激励方法，属于精密驱动技术领域。

背景技术

压电驱动具有无电磁干扰、断电自锁、结构简单、低速大扭矩、力矩密度高、响应速度快等优点，在航空航天、MEMS和光学精密工程等领域获得了成功的应用。压电驱动按照激励使用的频率可分为共振型压电驱动和非共振型压电驱动。共振型压电驱动利用压电振子的共振频率，在驱动位置形成椭圆或者斜线运动轨迹。但是由于工作原理的限制，共振型压电驱动的定位精度只能达到微米级或者亚微米级，难于实现进一步提高。而随着超精密加工、微纳制造和微电子制造等领域的快速发展，对驱动与定位系统的行程、速度和精度等指标提出了极为苛刻的要求，现有成熟的共振型压电驱动难以满足这种高要求。非共振型压电驱动以压电叠堆驱动器为主，驱动与定位精度可以达到纳米级，但是工作行程一般在100μm以下，难于实现大行程输出；此外，压电叠堆器件采用轴向伸缩模式工作，仅能施加正向激励信号，这也限制了其输出位移的提高。

发明内容

本发明是为了解决现有压电驱动技术难于实现定位与行程的兼顾，以及压电叠堆器件采用轴向伸缩模式工作而带来的施加信号、输出位移受限的问题。现提供基于多压电振子弯曲运动的步进蠕动型驱动激励方法。

基于多压电振子弯曲运动的步进蠕动型驱动激励方法，该方法需要n个平行设置的压电振子，n为正整数，且n≥2；每个压电振子包括水平弯曲陶瓷组、竖直弯曲陶瓷组、变幅杆和驱动足；

水平弯曲陶瓷组由水平对扣的两个压电陶瓷半组构成，

竖直弯曲陶瓷组由竖直对扣的两个压电陶瓷半组构成，

且水平弯曲陶瓷组和竖直弯曲陶瓷组同心设置，

动子为长方体结构，

每个压电振子的水平弯曲陶瓷组的一端固定在基座上，水平弯曲陶瓷组的另一端连接竖直弯曲陶瓷组的一端，竖直弯曲陶瓷组的另一端与变幅杆的首端连接，变幅杆的末端设置有驱动足，驱动足的圆周侧面均与动子接触，

竖直弯曲陶瓷组施加直流激励信号后会使压电振子产生竖直方向的弯曲，从而使得驱动足与动子接触或者分离；

水平弯曲陶瓷组施加直流激励信号后会使压电振子产生水平方向的弯曲，当驱动足与动子接触时，驱动足会通过摩擦力带动动子产生水平运动；

n个驱动足交替地带动动子运动，在驱动过程中至少保证一个驱动足和动子保持接触状态；

动子的步进蠕动包括向左和向右两个方向，实现动子向左运动的步进蠕动型驱动激励方法为：

步骤一一、将n个压电振子随机分成两组，初始状态，在初始预紧力作用下一组数量的驱动足和另一组数量的驱动足均与动子接触；

步骤一二、一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，一组数量的驱动足向上弯曲并脱离与动子的接触；另一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加负电压，另一组数量的驱动足向下弯曲并压紧动子；

步骤一三、一组数量的压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，一组数量的驱动足向右弯曲；另一组数量的压电振子的水平弯曲陶瓷组施加负电压，另一组数量的驱动足向左弯曲，另一组数量的驱动足驱动动子将向左移动一步；

步骤一四、一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加负电压，一组数量的驱动足向下弯曲，一组驱动足和另一组数量的驱动足共同锁住动子；

步骤一五、另一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，另一组数量的驱动足向上弯曲并脱离与动子的接触；

步骤一六、一组数量的压电振子的水平弯曲陶瓷组施加负电压，一组的驱动足向左弯曲，同时另一组数量的压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，另一组数量的驱动足向右弯曲，一组数量的驱动足驱动动子将向左继续移动一步；

步骤一七、另一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加负电压，另一组数量的驱动足向下弯曲，和一组数量驱动足共同锁住动子；

步骤一八、一组数量的压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，一组的驱动足向上弯曲并脱离与动子的接触；

步骤一九、重复步骤一三至步骤一八，从而实现动子向左运动的步进蠕动型驱动激励方法；

动子的步进蠕动包括向左和向右两个方向，实现动子向右运动的步进蠕动型驱动激励方法为：

步骤二一、将n个压电振子随机分成两组，初始状态，在初始预紧力作用下一组数量的驱动足和另一组数量的驱动足均与动子接触；