[发明专利]可双向驱动的X型结构共振式压电作动器及其作动方法

权利要求书

1.一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器，其特征在于：包括第一驱动轨道(1)，与第一驱动轨道(1)平行的第二驱动轨道(2)，第一负向运动驱动足(3)，位于第一负向运动驱动足(3)端部与第一驱动轨道(1)相接触的第一负向运动接触足(3-1)，与第一负向运动驱动足(3)相对第一驱动轨道(1)和第二驱动轨道(2)中轴线对称布置的第二负向运动驱动足(4)，位于第二负向运动驱动足(4)端部与第二驱动轨道(2)相接触的第二负向运动接触足(4-1)，第一正向驱动足(5)，位于第一正向驱动足(5)端部与第一驱动轨道(1)相接触的第一正向驱动接触足(5-1)，与第一正向运动驱动足(5)相对第一驱动轨道(1)和第二驱动轨道(2)中轴线对称布置的第二正向运动驱动足(6)，位于第二正向运动驱动足(6)端部与轨道(2)相接触的第二正向驱动接触足(6-1)，安装在第一负向驱动足(3)与第一正向驱动足(5)之间的第一压电驱动元件(7)，安装在第二负向驱动足(4)与第二正向驱动足(6)之间的第二压电驱动元件(8)；所述第一负向驱动足(3)、第一正向驱动足(5)、第二负向驱动足(4)和第二正向驱动足(6)形成X型结构。

2.根据权利要求1所述的一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器，其特征在于：具有关于运动方向中轴线对称的几何结构，所述第一压电驱动元件(7)与第二压电驱动元件(8)也对称布置。

3.根据权利要求1所述的一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器，其特征在于：所述第一负向驱动足(3)、第二负向驱动足(4)具有相同的几何尺寸与负向驱动第一阶固有频率f1，第一正向驱动足(5)、第二正向驱动足正向驱动足(6)具有相同的几何尺寸与正向驱动第一阶固有频率f2，第一负向驱动足(3)和第二负向驱动足(4)相比第一正向驱动足(5)和第二正向驱动足正向驱动足(6)的刚性更大，负向驱动第一阶固有频率f1高于正向驱动第一阶固有频率f2；为减小驱动过程中结构沿非一阶模态方向形变产生的耦合影响，结构其他高阶固有模态，应高于f1及f2，且不为f1及f2的整数倍，减小共振驱动时的耦合运动。

4.权利要求1至3任一项所述的一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器的作动方法，其特征在于：所述的压电作动器能够在单相正弦交流信号驱动下，通过改变驱动频率，控制作动器运动方向；当向第一压电驱动元件(7)和第二压电驱动元件(8)施加的正弦交流信号频率为f1时，将激励起第一负向驱动足(3)、第二负向驱动足(4)的固有模态，位于第一负向驱动足(3)端部的第一负向运动接触足(3-1)，在第一负向驱动足(3)一阶共振模态带动下获得斜向运动，斜向运动由垂直于第一驱动轨道(1)的运动及平行于第一驱动轨道(1)的运动合成；位于第二负向驱动足(4)端部的第二负向运动接触足(4-1)，在第一负向驱动足(4)一阶共振模态带动下获得斜向运动，斜向运动由垂直于第二驱动轨道(2)的运动及平行于第二驱动轨道(2)的运动合成；在相同的激励信号与对称结构设计下，第一负向运动接触足(3-1)与第二负向运动接触足(4-1)的斜向运动关于运动方向中轴线对称，且具有相同相位，第一负向运动接触足(3-1)与第一驱动轨道(1)之间，第二负向运动接触足(4-1)与第二驱动轨道(2)之间的垂直运动产生了正压力，第一负向运动接触足(3-1)与第一驱动轨道(1)之间，第二负向运动接触足(4-1)与第二驱动轨道(2)之间的平行运动提供了产生摩擦力的运动趋势，因此第一负向运动接触足(3-1)拨动第一驱动轨道(1)，第二负向运动接触足(4-1)拨动第二驱动轨道(2)，共同推动X型结构共振式压电作动器相对第一驱动轨道(1)、第二驱动轨道(2)向负向运动；

当向第一压电驱动元件(7)和第二压电驱动元件(8)施加的正弦交流信号频率为f2时，将激励起第一正向驱动足(5)、第二正向驱动足(6)的固有模态，位于第一正向驱动足(5)端部的第一正向驱动接触足(5-1)，在第一正向驱动足(5)一阶共振模态带动下获得斜向运动，斜向运动由垂直于第一驱动轨道(1)的运动及平行于第一驱动轨道(1)的运动合成；位于第二正向驱动足(6)端部的第二正向驱动接触足(6-1)，在第二正向驱动足(6)一阶共振模态带动下获得斜向运动，斜向运动由垂直于第二驱动轨道(2)的运动及平行于第二驱动轨道(2)的运动合成；在相同的激励信号与对称结构设计下，第一正向驱动接触足(5-1)与第二正向驱动接触足(6-1)的斜向运动关于运动方向中轴线对称，且具有相同相位，第一正向驱动接触足(5-1)与第一驱动轨道(1)之间，第二正向驱动接触足(6-1)与第二驱动轨道(2)之间的垂直运动产生了正压力，第一正向驱动接触足(5-1)与第一驱动轨道(1)之间，第二正向驱动接触足(6-1)与第二驱动轨道(2)之间的平行运动提供了产生摩擦力的运动趋势，因此第一正向驱动接触足(5-1)拨动第一驱动轨道(1)，第二正向驱动接触足(6-1)拨动第二驱动轨道(2)，共同推动X型结构共振式压电作动器相对第一驱动轨道(1)、第二驱动轨道(2)向正向运动。