[發明專利]采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的驅動方法

有效

• 申請號: 201410293148.9
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104022683A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 劉英想;馮培連;陳維山;劉軍考;石勝君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06;H02N2/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種超精密直線平臺的驅動方法，屬于壓電驅動技術領域。

背景技術

壓電超聲驅動技術是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，在彈性體表面特定點或特定區域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過定子、轉子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動的技術。壓電超聲驅動器具有結構簡單、設計靈活、低速大轉矩、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點。

但是，壓電超聲驅動器實際工作時通過給壓電陶瓷片施加連續的交流電壓來激勵出驅動足處質點的連續的橢圓軌跡振動，進而通過摩擦耦合實現動子致動；由于采用連續交變電壓進行驅動，壓電超聲驅動器一般工作于共振工作模式，這使得其定位精度和分辨力一般為微米級，難于實現進一步提高，也無法滿足超精密加工、微納制造和生命科學等領域飛速發展的需要。

發明內容

本發明目的是為了解決現有壓電超聲驅動器定位的精度和分辨力難以提高，無法克服強載、快速、大行程和高精度之間存在矛盾的問題，提供了一種采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的驅動方法。

本發明所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的驅動方法，所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺包括四足壓電驅動器、平臺和基座；所述四足壓電驅動器包括一個豎直梁、兩個水平梁和六組壓電陶瓷，六組壓電陶瓷分別為兩組豎直梁上壓電陶瓷、兩組上側水平梁上壓電陶瓷和兩組下側水平梁上壓電陶瓷；

所述兩組豎直梁上壓電陶瓷均設置在豎直梁上，且分別設置于法蘭的上下兩側，兩個水平梁通過其側面分別與豎直梁的兩個端部固定連接，上端的水平梁上設置有兩組上側水平梁上壓電陶瓷，下端的水平梁上設置有兩組下側水平梁上壓電陶瓷，且兩組上側水平梁上壓電陶瓷和兩組下側水平梁上壓電陶瓷均分布在豎直梁的兩側，每個水平梁的兩個端部均設置有驅動足；四足壓電驅動器通過法蘭與基座固定連接；平臺的兩個內側面分別與四個驅動足緊密接觸。

采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的驅動方法為：所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺根據目標輸出速度選擇下述兩種激勵模式之一或者兩種激勵模式的組合來實現不同位移尺度的驅動；兩種激勵模式分別為：

第一種為交流激勵連續模式，該模式給上側水平梁上壓電陶瓷、豎直梁上壓電陶瓷、下側水平梁上壓電陶瓷分別施加三相連續交流激勵電壓，且上側水平梁上壓電陶瓷和豎直梁上壓電陶瓷所施加激勵電壓時間上的相位差為90度，上側水平梁上壓電陶瓷和下側水平梁上壓電陶瓷所施加激勵電壓時間上的相位差為180度，以實現豎直梁和水平梁縱向振動的激勵，即共振狀態，進而通過三個正交縱向振動的復合在四個驅動足處產生穩定而持續的橢圓軌跡的振動，該橢圓軌跡振動能夠驅動平臺實現大推力、大位移、快速、連續的運動輸出，所述大位移指位移大小不受限制；

第二種為直流激勵步進模式，該模式給六組壓電陶瓷分別交替施加正、負直流激勵電壓，以實現豎直梁和水平梁縱向伸縮運動的交替激勵，即非共振狀態，水平梁伸長后能夠使得驅動足與平臺保持緊密接觸，水平梁收縮后可能夠實現驅動足與平臺脫離接觸，進而配合豎直梁的伸縮運動來帶動平臺向上或者向下的步進運動；所述直流激勵步進模式能夠驅動平臺實現納米尺度分辨力、低速、斷續的步進輸出，通過調整直流電壓幅值實現轉子輸出位移的精確調整。

本發明的優點：本發明所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的驅動方法針對現有壓電超聲驅動器在具備快速、大行程影響能力的同時，難于兼具高精度、納米尺度定位功能這一突出問題，解決了強載、快速、大行程和高精度定位之間的矛盾。通過交流連續激勵模式和直流激勵步進模式的組合應用，使得采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺不僅具備快速、大行程響應能力，同時具備高精度、納米尺度定位功能，最終實現真正的跨尺度、超精密驅動。該方法廣泛適用于驅動各種高精度直線平臺，通過簡單組合也可以實現多自由平臺的驅動。

附圖說明

圖1是本發明所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的剖視圖；

圖2是本發明所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺的立體結構示意圖；

圖3是本發明所述四足壓電驅動器的俯視圖；

圖4是本發明所述四足壓電驅動器的立體結構示意圖；

圖5是本發明所述采用四足壓電驅動器的超精密直線平臺在直流激勵步進模式下一個工作周期的動子向上步進運動的運動形式示意圖，t表示時間，T表示周期。

具體實施方式