[发明专利]采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器及作动方法

说明书

采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器及作动方法，该作动器结构左右对称，由底座、滑块、压电堆及椭圆环组成；底座前端有一对叶状柔性梁，叶状柔性梁之间连接有运动导轨，运动导轨上放置有滑块；压电堆过盈安装在椭圆环中，椭圆环前端与运动导轨端面接触，两者之间的接触预紧力通过椭圆环后端的调节螺钉控制；当采用对称锯齿波驱动压电堆时，压电堆产生的对称锯齿波位移能够通过接触面传递至运动导轨，在不同的驱动频率下，运动导轨在位移转折点处可产生不一致的位移响应，该不一致位移响应配合摩擦力能够使滑块实现微小步距；作动器结构紧凑，易于安装，具有驱动电压简单，运动方向可控，作动快速精密，断电锁止的特点。

技术领域

本发明属于惯性压电作动器技术领域，具体涉及一种采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器及作动方法。

背景技术

惯性式压电作动器是一类采用非对称的驱动信号、非对称的机械夹持结构或非对称的摩擦力为控制方式，通过配合运动块惯性力与摩擦力而输出的机构。

与其他类型的压电驱动比较，惯性压电作动器具有结构简单、响应速度快、分辨率高、大行程、运动速度快和成本低等主要优点，可实现较大行程且同时具有纳米级定位精度。因此，惯性压电作动器适用于需要高分辨率、大行程的场合。目前，科技工作者已成功将惯性压电作动器应用于高精度定位机构，多自由度驱动器，微型机器人关节以及微操作手等领域。

一般地，惯性压电作动器多采用非对称的锯齿波进行驱动，该波形对功率放大器的输出性能要求较高，增大了驱动与控制的难度；另外，现有惯性作动器通过降低驱动电压来减小步距的方式实施困难，过程繁琐，得到的步进分辨率往往在几百微米而无法进一步提高，同时很难保持最小步距的稳定输出。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器及作动方法，在对称锯齿波驱动的条件下，作动器结合接触面传递位移的不一致响应特性以及粘滑型作动原理，能够快速响应并通过控制频率实现双向的稳定输出；此作动器结构紧凑，易于加工和安装，具有作动快速精准，方向可控，分辨率高且输出稳定的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用对称锯齿波驱动的双向惯性型压电作动器，作动器结构左右对称，包含底座2、滑块1、压电堆3及椭圆环4；所述底座2一体加工而成，包含有基座2-3，叶状柔性梁2-1以及运动导轨2-2，其中一对叶状柔性梁2-1布置于基座2-3前端，叶状柔性梁2-1之间连接有一个运动导轨2-2，运动导轨2-2上方放置有滑块1，由于滑块1的重力，滑块1与运动导轨2-2之间可产生摩擦力；压电堆3过盈安装在椭圆环4长径中，椭圆环4长径前端与运动导轨2-2紧密接触，两者之间的接触预紧力通过椭圆环4长径后端的调节螺钉5控制；所述压电堆(3)受到对称锯齿波驱动时，椭圆环(4)在压电堆(3)的带动下能够实现迅速实时的位移响应，输出位移呈周期变化的锯齿波形。

所述椭圆环4后端加工有直径略大于调节螺钉5外径的通孔，在安装时，调节螺钉5穿过椭圆环4后端的通孔并连接于基座2-3上，此时沿长径微调椭圆环4的位置，椭圆环4前端与运动导轨2-2端面相互接触，继续向前推动椭圆环4，椭圆环4前端面与运动导轨2-2端面之间相互挤压并产生接触预紧力，当达到调整目标后，旋紧调节螺钉5以固定椭圆环4沿长径的位置。

所述基座2-3加工有与椭圆环4后端宽度相等的凹槽，在椭圆环4沿长径的位置调节过程中，椭圆环4的后端始终沿基座2-3的凹槽内壁面前后滑动以保证椭圆环4前端面与运动导轨2-2端面始终平行。