[發明專利]六自由度壓電驅動裝置及其激勵方法

有效

• 申請號: 201710245468.0
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106877734B
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 劉英想;鄧杰;石勝君;陳維山;馮培連
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06;H02N2/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉士寶

六自由度壓電驅動裝置及其激勵方法，涉及壓電驅動領域。本發明是為了解決現有的多自由度壓電驅動裝置結構復雜、成本高、實現小型化困難、行程小的問題。本發明的六由度壓電驅動裝置，包括四組完全相同的壓電振子、基體以及工作臺；壓電振子結構包括水平彎曲壓電陶瓷組、豎直彎曲壓電陶瓷組和前端蓋；水平彎曲壓電陶瓷組施加電壓激勵信號時沿水平方向彎曲；豎直彎曲陶瓷組施加電壓激勵時沿豎直方向彎曲，通過設計四組壓電振子的電壓激勵信號，協調它們的水平和豎直彎曲運動的時序，在驅動足處形成空間多邊形的運動軌跡，進一步利用摩擦力作為驅動力，實現六自由度驅動。用于實現壓電驅動裝置的六自由度運動。

技術領域

本發明涉及六自由度壓電驅動裝置及其激勵方法。屬于壓電驅動技術領域。

背景技術

近年來，壓電驅動裝置被視為一種有效實用的精密驅動裝置，它們具有結構簡單、體積小、功率密度大、精度高、響應快等優點，這使它們可以工作在工作空間狹小，精度要求高的領域。多自由度壓電驅動裝置，具有多方向驅動能力，在工作中可以實現多種功能，具有體積小、功能多等優點?；谶@些特點，多自由度壓電驅動裝置在生物醫療，MEMS加工，機器人，航天等高精度領域有著廣闊的應用前景。

現有多自由度壓電驅動裝置大部分采用多個壓電疊堆并聯機械機構的形式實現多自由驅動，但是利用多個疊堆和并聯機構組合，其結構復雜，對加工裝配要求極高；利用多個壓電疊堆驅動，成本較高；而且壓電疊堆的輸出行程很小，使得此類多自由度壓電驅動裝置輸出的位移也很小，這些特點嚴重影響了它們的應用范圍。此外，還有一部分利用單自由度壓電驅動裝置串聯而成的多自由度壓電驅動裝置，此類驅動裝置雖然擴大了行程，但是結構復雜，裝配精度要求高，大大的影響了其生產與應用。

發明內容

本發明是為了解決現有的多自由度壓電驅動裝置結構復雜、成本高、實現小型化困難、行程小的問題?，F提供六自由度壓電驅動裝置及其激勵方法。

六自由度壓電驅動裝置，它包括四組壓電振子、基體和工作臺，

四組壓電振子的結構均相同，每組壓電振子包括水平彎曲壓電陶瓷組、豎直彎曲壓電陶瓷組和前端蓋，

水平彎曲壓電陶瓷組和豎直彎曲壓電陶瓷組組成的陶瓷組的首端與基體的四個側面固定連接，水平彎曲壓電陶瓷組和豎直彎曲壓電陶瓷組組成的陶瓷組的末端連接有前端蓋，前端蓋末端設置有驅動足，且驅動足側壁與工作臺接觸；

第一組壓電振子與第三組壓電振子同軸，第二組壓電振子與第四組壓電振子同軸，第一組壓電振子與第二組壓電振子軸向垂直；

水平彎曲陶瓷組包括m片水平彎曲陶瓷，豎直彎曲陶瓷組包括n片豎直彎曲陶瓷，其中，m、n均為大于等于2的偶數；

相鄰兩個水平彎曲陶瓷之間設置有電極片，相鄰兩個豎直彎曲陶瓷之間設置有電極片，

對水平彎曲壓電陶瓷組中的電極片施加電壓激勵信號時水平彎曲壓電陶瓷組沿水平方向彎曲，對豎直彎曲壓電陶瓷組中的電極片施加電壓激勵信號時豎直彎曲壓電陶瓷組沿豎直方向彎曲，第一組壓電振子和第三組壓電振子的水平彎曲壓電陶瓷組施加正向電壓激勵信號時沿X軸正向彎曲，施加負向電壓激勵信號時沿X軸負向彎曲，

第二振子和第四振子的水平彎曲壓電陶瓷組施加正向電壓激勵信號時沿Y軸正向彎曲，施加負向電壓激勵信號時沿Y軸負向彎曲；

四組壓電振子的豎直彎曲陶瓷組施加正向電壓激勵信號時沿Z軸正向彎曲，施加負向電壓激勵信號時沿Z軸負向彎曲。

六自由度壓電驅動裝置的激勵方法，該方法是基于六自由度壓電驅動裝置實現的，該激勵方法能夠激勵六自由度壓電驅動裝置實現六自由度運動，六個自由度包括沿X、Y和Z軸的移動，繞X、Y和Z軸的轉動；

以沿X軸正向移動為例來說明六自由度壓電驅動裝置沿X軸正向或負向移動的激勵方法：