[发明专利]多足旋转压电驱动器及其实现跨尺度驱动的激励方法

摘要

多足旋转压电驱动器及其实现跨尺度驱动的激励方法，属于压电驱动技术领域。解决了现有压电驱动器的驱动方法在具备快速、大行程响应能力的同时，难于兼具高精度、纳米尺度定位功能这一突出问题。本方法基于多足旋转压电驱动器的两组弯振压电陶瓷实现的，并根据目标输出位移选择三种激励模式之一、两种激励模式的组合或者三种激励模式的组合来实现不同位移尺度的输出，所述激励模式包括交流连续激励模式、脉冲步进激励模式和直流微驱动模式，使得驱动器不仅具备快速、大行程响应能力，同时具备高精度、纳米尺度定位功能，最终实现真正的跨尺度、超精密驱动。它用于压电驱动领域中实现跨尺度、超精密驱动。

主权项

多足旋转压电驱动器及其实现跨尺度驱动的激励方法，其特征在于，该方法是基于多足旋转压电驱动器实现的，所述的多足旋转压电驱动器包括压电振子(1)、转子(2)、基座(3)、蝶形弹簧(5)、推力轴承(6)和预紧螺母(7)；压电振子(1)包括n个基梁(1‑1)和4n片压电陶瓷(1‑2)，n个基梁(1‑1)沿圆周方向均匀分布，n为大于或等于2的正整数，每个基梁(1‑1)的四个侧面分别固定有一片压电陶瓷(1‑2)，每个基梁(1‑1)末端均设置有一个变幅杆(1‑3)，且该变幅杆(1‑3)在远离基梁(1‑1)的方向上，为截面逐渐变细的块体，变幅杆(1‑3)的小端设置有驱动足(1‑4)；每两个相邻的基梁(1‑1)之间均固定有法兰(1‑5)，且法兰(1‑5)和基梁(1‑1)侧面之间通过弹性梁(1‑6)固定连接；转子(2)上下两个表面中心位置均设置有输出轴(2‑1)，转子(2)下表面输出轴(2‑1)通过轴承(4)与基座(3)转动连接，压电振子(1)套在输出轴(2‑1)的外侧，并通过法兰(1‑5)与基座(3)固定连接，转子(2)的下端外圆周面与驱动足(1‑4)接触；转子(2)下表面输出轴(2‑1)的末端套装有蝶形弹簧(5)，并旋合有预紧螺母(7)，在蝶形弹簧(5)与预紧螺母(7)之间设置有推力轴承(6)，且蝶形弹簧(5)位于基座(3)的下方；所述压电陶瓷(1‑2)均沿厚度方向极化，每个基梁(1‑1)前、后表面设置的压电陶瓷(1‑2)片的极化方向相同，每个基梁(1‑1)上、下表面设置的压电陶瓷(1‑2)片的极化方向相同，4n片压电陶瓷(1‑2)分为两组进行激励，所有基梁(1‑1)前、后表面设置的压电陶瓷(1‑2)为第一组弯振压电陶瓷，所有基梁(1‑1)上、下表面设置的压电陶瓷(1‑2)为第二组弯振压电陶瓷，所述的多足旋转压电驱动器及其实现跨尺度驱动的激励方法根据目标输出位移选择下述三种激励模式之一、两种激励模式的组合或者三种激励模式的组合来实现不同位移尺度的输出；三种激励模式分别为：第一种为交流连续激励模式，该激励模式给两组弯振压电陶瓷分别施加在时间上具有90度相位差的两相连续交流激励电压，以实现基梁(1‑1)两个正交弯曲振动的复合激励，从而在驱动足(1‑4)处产生持续的椭圆轨迹的振动，该振动能够驱动转子(2)实现大推力、大位移、快速、连续的运动输出，所述大位移指位移大小不受限制；第二种为脉冲步进激励模式，该激励模式给两组弯振压电陶瓷分别施加在时间上具有90度相位差的两相脉冲激励电压，以实现基梁(1‑1)两个正交弯曲振动的脉冲式复合激励，从而在驱动足(1‑4)处产生间歇性的椭圆轨迹的振动，该振动能够驱动转子(2)实现微米尺度分辨力、低速、断续的步进输出；第三种为直流微驱动模式，该激励模式给一组弯振压电陶瓷施加直流电压，另一组弯振压电陶瓷为悬空状态，实现基梁(1‑1)单方向的弯曲变形，从而在驱动足(1‑4)处产生单一方向的位移输出，该位移输出能够驱动转子实现纳米尺度分辨力、微米尺度行程的输出，通过调整直流电压幅值实现转子(2)输出位移的精确调整。