[发明专利]六自由度压电驱动装置及其激励方法

说明书

六自由度压电驱动装置及其激励方法，涉及压电驱动领域。本发明是为了解决现有的多自由度压电驱动装置结构复杂、成本高、实现小型化困难、行程小的问题。本发明的六由度压电驱动装置，包括四组完全相同的压电振子、基体以及工作台；压电振子结构包括水平弯曲压电陶瓷组、竖直弯曲压电陶瓷组和前端盖；水平弯曲压电陶瓷组施加电压激励信号时沿水平方向弯曲；竖直弯曲陶瓷组施加电压激励时沿竖直方向弯曲，通过设计四组压电振子的电压激励信号，协调它们的水平和竖直弯曲运动的时序，在驱动足处形成空间多边形的运动轨迹，进一步利用摩擦力作为驱动力，实现六自由度驱动。用于实现压电驱动装置的六自由度运动。

技术领域

本发明涉及六自由度压电驱动装置及其激励方法。属于压电驱动技术领域。

背景技术

近年来，压电驱动装置被视为一种有效实用的精密驱动装置，它们具有结构简单、体积小、功率密度大、精度高、响应快等优点，这使它们可以工作在工作空间狭小，精度要求高的领域。多自由度压电驱动装置，具有多方向驱动能力，在工作中可以实现多种功能，具有体积小、功能多等优点。基于这些特点，多自由度压电驱动装置在生物医疗，MEMS加工，机器人，航天等高精度领域有着广阔的应用前景。

现有多自由度压电驱动装置大部分采用多个压电叠堆并联机械机构的形式实现多自由驱动，但是利用多个叠堆和并联机构组合，其结构复杂，对加工装配要求极高；利用多个压电叠堆驱动，成本较高；而且压电叠堆的输出行程很小，使得此类多自由度压电驱动装置输出的位移也很小，这些特点严重影响了它们的应用范围。此外，还有一部分利用单自由度压电驱动装置串联而成的多自由度压电驱动装置，此类驱动装置虽然扩大了行程，但是结构复杂，装配精度要求高，大大的影响了其生产与应用。

发明内容

本发明是为了解决现有的多自由度压电驱动装置结构复杂、成本高、实现小型化困难、行程小的问题。现提供六自由度压电驱动装置及其激励方法。

六自由度压电驱动装置，它包括四组压电振子、基体和工作台，

四组压电振子的结构均相同，每组压电振子包括水平弯曲压电陶瓷组、竖直弯曲压电陶瓷组和前端盖，

水平弯曲压电陶瓷组和竖直弯曲压电陶瓷组组成的陶瓷组的首端与基体的四个侧面固定连接，水平弯曲压电陶瓷组和竖直弯曲压电陶瓷组组成的陶瓷组的末端连接有前端盖，前端盖末端设置有驱动足，且驱动足侧壁与工作台接触；

第一组压电振子与第三组压电振子同轴，第二组压电振子与第四组压电振子同轴，第一组压电振子与第二组压电振子轴向垂直；

水平弯曲陶瓷组包括m片水平弯曲陶瓷，竖直弯曲陶瓷组包括n片竖直弯曲陶瓷，其中，m、n均为大于等于2的偶数；

相邻两个水平弯曲陶瓷之间设置有电极片，相邻两个竖直弯曲陶瓷之间设置有电极片，

对水平弯曲压电陶瓷组中的电极片施加电压激励信号时水平弯曲压电陶瓷组沿水平方向弯曲，对竖直弯曲压电陶瓷组中的电极片施加电压激励信号时竖直弯曲压电陶瓷组沿竖直方向弯曲，第一组压电振子和第三组压电振子的水平弯曲压电陶瓷组施加正向电压激励信号时沿X轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿X轴负向弯曲，

第二振子和第四振子的水平弯曲压电陶瓷组施加正向电压激励信号时沿Y轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Y轴负向弯曲；

四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正向电压激励信号时沿Z轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Z轴负向弯曲。

六自由度压电驱动装置的激励方法，该方法是基于六自由度压电驱动装置实现的，该激励方法能够激励六自由度压电驱动装置实现六自由度运动，六个自由度包括沿X、Y和Z轴的移动，绕X、Y和Z轴的转动；

以沿X轴正向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿X轴正向或负向移动的激励方法：