[发明专利]一种具有偏置压电振子的惯性压电旋转驱动器

说明书

本发明涉及一种具有偏置压电振子的惯性压电旋转驱动器，属于压电精密驱动技术领域。质量块通过螺栓分别固定在压电双晶片一、压电双晶片二的自由端部，该压电双晶片一、压电双晶片二夹持端分别通过螺栓和夹持条固接在L型夹持块上，且夹持条和L型夹持块夹持部分尺寸一样，L型夹持块通过螺栓固连在驱动器旋转主体块上，主体块与旋转轴过盈配合，指针固结在轴顶部，轴承过盈配合连接在旋转轴下端，轴承外圈过盈连接在底板上。优点是结构新颖，采用偏置布置、无夹持差夹持的压电双晶片作为驱动源，配合对称电信号和对称的摩擦力，略去了复杂的电路系统，也优化了非对称夹持差结构不可控的夹持差调节方式。

技术领域

本发明属于压电精密驱动技术领域，涉及一种具有偏置压电振子的惯性压电旋转驱动器。

背景技术

随着科技的高速发展与社会的不断进步，各类机械产品呈现出“巨型化”和“微型化”的两极发展趋势。在微型化发展方向上，由于各种产品的不断研发和应用，对微纳米级的定位、测量和控制技术均提出了更高的要求，其中，压电型精密驱动器凭借其分辨率高、频率响应好、单位面积输出能量高、无电磁干扰、可微小化、易于实现一体化闭环控制等特点，逐渐成为国内外科研机构的研究热点，并在各领域得到了广泛应用。

惯性式压电驱动器作为众多压电驱动器中的一类，主要采用非对称的机械夹持结构、非对称的驱动信号或非对称的摩擦力为控制方式，通过惯性冲击运动形成驱动。

机械结构控制式惯性压电驱动器，通常采用非对称机械夹持结构和对称驱动信号共同作用产生的非对称驱动力作为动力源，匹配对称摩擦力实现驱动，并且其压电双晶片的布置不存在偏置距离，以旋转型驱动器为例，其两个压电双晶片关于旋转轴轴心线对称布置，不存在所述的偏置距离，驱动信号和运动实现过程如图1a～图le所示。在对称信号(例如方波)的一个激励周期内，驱动器的运动过程主要分为四个阶段：①驱动器不受信号时保持原始状态，无运动；②驱动信号0-a上升阶段，压电双晶片向长夹持侧变形，产生大于摩擦力的较小驱动力，使驱动器旋转主体向逆时针后退一小步θ₁，驱动信号a-b稳定阶段，压电双晶片不变形，不产生驱动力和运动；③驱动信号b-c下降阶段，压电双晶片向短夹持侧变形，产生大于摩擦力的较大驱动力，使驱动器旋转主体向顺时针前进一大步θ₂，驱动信号c-d稳定阶段，压电双晶片不变形，不产生驱动力和运动；④驱动信号d-e上升阶段，压电双晶片恢复未变形状态。综上，在一个激励信号周期内，驱动器前进一步Δθ＝θ₂-θ₁。在周期性信号激励下，驱动器将不断重复上述运动过程，最终实现连续的顺时针转动。该类压电驱动器从机械结构控制理念出发，采用非对称结构夹持生成驱动力，相较于信号控制式、摩擦控制式压电精密驱动器而言，不仅巧妙地简化了复杂的电路控制系统，而且降低了高精度摩擦控制方法的要求，从而使得此类驱动器的研究拥有较为宽松和理想的设计环境。

信号控制式惯性压电驱动器，采用非对称的驱动信号作为动力源，并匹配前进和后退方向上对称(数值相等)的摩擦力实现驱动。该类驱动器由于需要建立相对复杂和精密的信号控制系统，会对驱动器整机的微小化和集成化带来一定难度。

摩擦控制式惯性压电精密驱动器采用对称的驱动信号和机械夹持结构共同作用产生的驱动力作为动力源，通过前进与后退方向上非对称的摩擦力实现驱动，由于摩擦力是非线性的，与接触面情况和驱动器运动参数等相关，计算和建模复杂，因此，为保证较好的工作性能，该类驱动器对摩擦控制方法与摩擦接触表面精度提出了更高的要求。

发明内容

本发明提供一种具有偏置压电振子的惯性压电旋转驱动器，以解决存在的信号控制式驱动器电控系统复杂、摩擦控制式摩擦精度控制要求高的问题。