[發明專利]一種鈸型兩自由度壓電驅動器及采用該驅動器實現的兩自由度運動的激勵方法

有效

• 申請號: 201710475306.6
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107171589B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 劉英想;鄧杰;陳維山;劉軍考;王良;馮培連
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 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

1.鈸型兩自由度壓電驅動器，其特征在于，它包括壓電陶瓷片(1)、鈸形金屬片(2)、驅動足(3)、基座(4)和動子(5)；

所述壓電陶瓷片(1)沿厚度方向極化，包括四個極化分區，分別是極化一區(1-1)、極化二區(1-2)、極化三區(1-3)和極化四區(1-4)，其中，極化一區(1-1)與極化三區(1-3)對角布置，且極化方向相反，極化二區(1-2)與極化四區(1-4)對角布置，且極化方向相反；

所述鈸形金屬片(2)包括上鈸形金屬片(2-2)和下鈸形金屬片(2-1)，且二者對稱布置于壓電陶瓷片(1)的上下表面，下鈸形金屬片(2-1)與基座(4)固定連接；

所述驅動足(3)的首端與上鈸形金屬片(2-2)的上表面固定連接，其末端與動子(5)的外表面接觸，動子(5)與基座(4)轉動連接。

2.根據權利要求1所述的鈸型兩自由度壓電驅動器，其特征在于，所述的所述壓電陶瓷片(1)上下表面分別設置激勵電極片和接地電極片。

3.根據權利要求1所述的鈸型兩自由度壓電驅動器，其特征在于，所述的鈸形金屬片(2)為中心凸起呈鈸形的金屬片，且上鈸形金屬片(2-2)中心凸起指向驅動足(3)，下鈸形金屬片(2-1)中心凸起指向基座(4)。

4.根據權利要求1所述的鈸型兩自由度壓電驅動器，其特征在于，所述的動子(5)為球型動子、平面動子或筒形動子。

5.采用權利要求1所述的鈸型兩自由度壓電驅動器實現的兩自由度運動的激勵方法，其特征在于，該激勵方法可驅動動子(5)實現兩自由度運動，具體表現為：驅動動子(5)繞X軸順時針或逆時針轉動，以及繞Y軸順時針或逆時針轉動；

其中，X軸和Y軸所指向的方向為壓電驅動器徑向平面內兩個互垂直的方向；

(一)驅動動子(5)繞X軸逆時針轉動的具體過程為：

步驟一一、對極化二區(1-2)與極化四區(1-4)施加幅值逐漸上升的激勵電壓信號，上升時間為t1，從而帶動驅動足(3)沿Y軸正向逐漸擺動至極限位置，利用驅動足(3)與動子(5)間的靜摩擦力，驅動動子(5)繞X軸逆時針轉動一個角度；

步驟一二、對極化二區(1-2)與極化四區(1-4)施加幅值逐漸下降的激勵電壓信號，下降時間為t2，且t2<<t1，從而帶動驅動足(3)沿Y軸正向返回初始位置，由于慣性，動子(5)保持原狀態；

步驟一三、重復步驟一一到步驟一二，實現了鈸型兩自由度壓電驅動器對動子(5)的連續步進式驅動，最終實現了驅動動子(5)繞X軸逆時針持續轉動；

(二)驅動動子(5)繞X軸順時針轉動的具體過程為：

步驟二一、對極化二區(1-2)與極化四區(1-4)施加幅值逐漸下降的激勵電壓信號，下降時間為t1，從而帶動驅動足(3)沿Y軸負向逐漸擺動至極限位置，利用驅動足(3)與動子(5)間的靜摩擦力，驅動動子(5)繞X軸順時針轉動一個角度；

步驟二二、對極化二區(1-2)與極化四區(1-4)施加幅值逐漸上升的激勵電壓信號，上升時間為t2，且t2<<t1，從而帶動驅動足(3)沿Y軸負向返回初始位置，由于慣性，動子(5)保持原狀態；

步驟二三、重復步驟二一到步驟二二，實現了鈸型兩自由度壓電驅動器對動子(5)的連續步進式驅動，最終實現了驅動球型動子(5)繞X軸順時針持續轉動；

(三)驅動動子(5)繞Y軸順時針轉動的具體過程為：

步驟三一、對極化一區(1-1)與極化三區(1-3)施加幅值逐漸上升的激勵電壓信號，上升時間為t1，從而帶動驅動足(3)沿X軸正向逐漸擺動至極限位置，利用驅動足(3)與動子(5)間的靜摩擦力，驅動動子(5)繞Y軸順時針轉動一個角度；

步驟三二、對極化一區(1-1)與極化三區(1-3)施加幅值逐漸下降的激勵電壓信號，下降時間為t2，且t2<<t1，從而帶動驅動足(3)沿X軸正向返回初始位置，由于慣性，動子(5)保持原狀態；

步驟三三、重復步驟三一到步驟三二，實現了鈸型兩自由度壓電驅動器對動子(5)的連續步進式驅動，最終實現了驅動動子(5)繞Y軸順時針持續運動；

(四)驅動動子(5)繞Y軸逆時針轉動的具體過程為：

步驟四一、對極化一區(1-1)與極化三區(1-3)施加幅值逐漸下降的激勵電壓信號，下降時間為t1，從而帶動驅動足(3)沿X軸負向逐漸擺動至極限位置，利用驅動足(3)與動子(5)間的靜摩擦力，驅動動子(5)繞Y軸逆時針轉動一個角度；

步驟四二、對極化一區(1-1)與極化三區(1-3)施加幅值逐漸上升的激勵電壓信號，上升時間為t2，且t2<<t1，從而帶動驅動足(3)沿X軸負向返回初始位置或者擺動到X軸正向極限位置，由于慣性，動子(5)保持原狀態；

步驟四三、重復步驟四一到步驟四二，實現了鈸型兩自由度壓電驅動器對動子(5)的連續步進式驅動，最終實現了驅動動子(5)繞Y軸逆時針持續轉動。

6.根據權利要求5所述的采用鈸型兩自由度壓電驅動器實現的兩自由度運動的激勵方法，其特征在于，該方法中所施加的電壓激勵信號的波形為非對稱三角波或非對稱梯形波。