[发明专利]一种钹型两自由度压电驱动器及采用该驱动器实现的两自由度运动的激励方法

说明书

一种钹型两自由度压电驱动器及采用该驱动器实现的两自由度运动的激励方法，属于压电驱动技术领域。解决了现有两自由度压电驱动装置都是采用单自由度驱动装置叠加的形式实现，结构尺寸大，且不易于实现小型化问题。驱动器包括压电陶瓷片、钹形金属片、驱动足、基座和动子；压电陶瓷施加电压激励信号时，激励压电驱动器的驱动足实现两自由度摆动。通过改变钹型两自由度压电驱动器的电压激励信号，可以控制其驱动足的摆动方向，进一步利用摩擦力作为驱动力，驱动动子实现两自由度运动。本发明主要应用于工作空间狭小的生命科学和纳米制造等领域。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域。

背景技术

近年来，压电驱动器作为一种新型驱动装置，利用压电材料的逆压电效应，在弹性体的特定位置处激励出特定的运动轨迹，以弹性体作为定子或动子，利用摩擦力，实现对动子的驱动。压电驱动器具有结构简单，精度高，响应快，功率密度大，断电自锁，不受电磁干扰等优点，这使其在超精密加工、定位等领域有着极大的应用前景。

两自由度压电驱动装置，可实现两自由度驱动，单个驱动器可以实现更多的功能，已经得到了广泛的研究。现有的两自由度压电驱动装置，主要包括两种：一种是两个单自由度压电驱动装置并联机械结构，利用柔性铰链连接，实现两自由度驱动，但此类驱动装置结构复杂，装配要求极高，输出行程小，限制了其应用范围。另一种是两个单自由度压电驱动装置串联，实现两自由度驱动，虽然此类驱动装置有效的增大了其驱动行程，但相互串联使得输出误差相互叠加，降低了驱动精度。同时，这两种两自由度压电驱动装置都是单自由度驱动装置叠加的形式，结构尺寸太大，不易于实现小型化。

发明内容

本发明是为了解决现有两自由度压电驱动装置都是采用单自由度驱动装置叠加的形式实现，结构尺寸大，且不易于实现小型化问题，本发明提供了一种钹型两自由度压电驱动器及采用该驱动器实现的两自由度运动的激励方法。

钹型两自由度压电驱动器，它包括压电陶瓷片、钹形金属片、驱动足、基座和动子；

所述压电陶瓷片沿厚度方向极化，包括四个极化分区，分别是极化一区、极化二区、极化三区和极化四区，其中，极化一区与极化三区对角布置，且极化方向相反，极化二区与极化四区对角布置，且极化方向相反；

所述钹形金属片包括上钹形金属片和下钹形金属片，且二者对称布置于压电陶瓷片的上下表面，下钹形金属片与基座固定连接；

所述驱动足的首端与上钹形金属片的上表面固定连接，其末端与动子的外表面接触，动子与基座转动连接。

所述的所述压电陶瓷片上下表面分别设置激励电极片和接地电极片。

所述的钹形金属片为中心凸起呈钹形的金属片，且上钹形金属片中心凸起指向驱动足，下钹形金属片中心凸起指向基座。

所述的动子为球型动子、平面动子或筒形动子。

采用所述的钹型两自由度压电驱动器实现的两自由度运动的激励方法，该激励方法可驱动动子实现两自由度运动，具体表现为：驱动动子绕X轴顺时针或逆时针转动，以及绕Y轴顺时针或逆时针转动；

其中，X轴和Y轴所指向的方向为压电驱动器径向平面内两个互垂直的方向；

(一)驱动动子绕X轴逆时针转动的具体过程为：

步骤一一、对极化二区与极化四区施加幅值逐渐上升的激励电压信号，上升时间为t1，从而带动驱动足沿Y轴正向逐渐摆动至极限位置，利用驱动足与动子间的静摩擦力，驱动动子绕X轴逆时针转动一个角度；

步骤一二、对极化二区与极化四区施加幅值逐渐下降的激励电压信号，下降时间为t2，且t2<<t1，从而带动驱动足沿Y轴正向返回初始位置，由于惯性，动子保持原状态；