[发明专利]一种超精密三轴旋转压电调姿机构及其激励方法

权利要求书

1.一种超精密三轴旋转压电调姿机构，其特征在于，所述压电调姿机构包括一个动子(1)、三个驱动单元(2)以及一个基座(3)；

所述驱动单元(2)包括弹性基体(2-1)和压电陶瓷(2-2)，且所述弹性基体(2-1)和压电陶瓷(2-2)之间固定连接；

所述基座(3)保持固定，所述动子(1)输出绕自身三个正交轴线的旋转运动，所述三个正交轴线包括纵深方向轴线、水平方向轴线和竖直方向轴线；所述三个驱动单元(2)的下端面固定在基座(3)上，所述三个驱动单元(2)上端面压紧在动子(1)的表面；

所述三个驱动单元(2)在激励电压信号的作用下产生偏离自身轴线方向的弯曲变形，进而带动所述三个驱动单元(2)的上端面做往复摆动运动，通过摩擦力驱动动子(1)的运动；

记驱动动子(1)绕纵深方向轴线旋转的驱动单元(2)为纵深驱动单元(2)，记驱动动子(1)绕水平方向轴线旋转的驱动单元(2)为水平驱动单元(2)，记驱动动子(1)绕竖直方向轴线旋转的驱动单元(2)为竖直驱动单元(2)。

2.根据权利要求1所述的压电调姿机构，其特征在于，所述驱动单元(2)由压电陶瓷(2-2)固定粘贴于弹性基体(2-1)的侧面组成，所述压电陶瓷(2-2)的两个侧面分别为一个不分区极化电极，在激励电压信号的作用下发生变形带动弹性基体(2-1)的上端面运动。

3.根据权利要求1所述的压电调姿机构，其特征在于，所述驱动单元(2)由压电陶瓷(2-2)固定夹持于弹性基体(2-1)的中间组成，所述压电陶瓷(2-2)的两个端面分别为一个二分区极化电极，在激励电压信号的作用下发生变形带动弹性基体(2-1)的上端面运动。

4.根据权利要求1所述的压电调姿机构，其特征在于，增加所述驱动单元(2)的数量实现动子(1)负载能力的倍增。

5.一种权利要求1所述超精密三轴旋转压电调姿机构的激励方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：动子(1)绕纵深方向轴线做双向旋转运动；

步骤二：动子(1)绕水平方向轴线做双向旋转运动；

步骤三：动子(1)绕竖直方向轴线做双向旋转运动。

6.根据权利要求5所述超精密三轴旋转压电调姿机构的激励方法，其特征在于，所述步骤一具体过程为：

第一步、将动子(1)压紧在弹性基体(2-1)的上端面上，并调整动子(1)与弹性基体(2-1)的上端面之间的压紧力；

第二步、对纵深驱动单元(2)施加幅值缓慢上升的激励电压信号，纵深驱动单元(2)弯曲变形带动弹性基体(2-1)的上端面绕纵深方向轴线顺时针缓慢转动至极限位置，在弹性基体(2-1)的上端面与动子(1)之间的摩擦力的作用下，动子(1)绕纵深方向轴线产生顺时针旋转位移输出；

第三步、对纵深驱动单元(2)施加幅值快速下降的激励电压信号，纵深驱动单元(2)弯曲变形带动弹性基体(2-1)的上端面绕纵深方向轴线逆时针快速转动至初始位置，在动子(1)的惯性的作用下，动子(1)与弹性基体(2-1)的上端面之间发生相对滑动而保持静止；

第四步、重复第二步至第三步，实现动子(1)绕纵深方向轴线连续的顺时针旋转运动，通过改变激励电压信号的幅值和时间，实现高分辨力输出；

第五步、将动子(1)压紧在弹性基体(2-1)的上端面上，并调整动子(1)与弹性基体(2-1)的上端面之间的压紧力；

第六步、对纵深驱动单元(2)施加幅值缓慢下降的激励电压信号，纵深驱动单元(2)弯曲变形带动弹性基体(2-1)的上端面绕纵深方向轴线逆时针缓慢转动至极限位置，在弹性基体(2-1)的上端面与动子(1)之间的摩擦力的作用下，动子(1)绕纵深方向轴线产生逆时针旋转位移输出；

第七步、对纵深驱动单元(2)施加幅值快速上升的激励电压信号，纵深驱动单元(2)弯曲变形带动弹性基体(2-1)的上端面绕纵深方向轴线顺时针快速转动至初始位置，在动子(1)的惯性的作用下，动子(1)与弹性基体(2-1)的上端面之间发生相对滑动而保持静止；

第八步、重复第六步至第七步，实现动子(1)绕纵深方向轴线连续的逆时针旋转运动，通过改变激励电压信号的幅值和时间，实现高分辨力输出。