[发明专利]一种贴片式多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法

权利要求书

1.一种贴片式多模态复合型旋转压电作动器，其特征在于，包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；

所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；

所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；

所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；

所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；

所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，且相邻扭振压电元件的极化方向相反；

所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；

所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；

所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；

所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数。

2.根据权利要求1所述的贴片式多模态复合型旋转压电作动器，其特征在于，所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组中第一至第四扭振压电元件形成的正方形的边长和所述矩形梁第一侧面的宽相等，该正方形的两条边和第一侧面的两个长边对齐；

第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的两条边均和第一侧面的两个长边对齐。

3.基于权利要求1所述的贴片式多模态复合型旋转压电作动器的单相简谐电压信号单模态驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.1），对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出矩形梁的2n+1（n≥0，n为正整数）阶扭振模态，诱发驱动圆环的m阶面外弯振模态，在简谐振动下每个驱动齿的运动轨迹均为一个椭圆，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的外界转子沿一个方向旋转；

步骤A.2），如果需要驱动外界转子反向旋转，停止对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组施加第一简谐电压信号，对第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出矩形梁的2n+2（n≥0，n为正整数）阶弯振模态，激励驱动圆环产生另一个m阶面外弯振模态，此m阶面外弯振模态与扭振激励的m阶面外弯振模态在空间上存在π/2的相位差，导致此时驱动齿的运动轨迹为一个反向的椭圆，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的外界转子沿反向旋转。

4.基于权利要求1所述的贴片式多模态复合型旋转压电作动器的两相简谐电压信号复合模态作动方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤B.1），同时对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组和第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组施加两相简谐电压信号，使得第一、第二驱动圆环产生两个具有π/2空间相位差的驻波，调整两相简谐电压信号在时间上的相位差为π/2，使第一、第二驱动圆环的两个驻波叠加成一个行波，驱动齿在行波下做椭圆运动，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的外界转子沿一个方向旋转；

步骤B.2），如果需要驱动外界转子反向旋转，调整两相简谐电压信号在时间上具有 -π/2的相位差，驱动齿做相反的椭圆运动，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的外界转子沿反向旋转。