[发明专利]一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法

权利要求书

1.一种两自由度超精密微细物体操作器，其特征在于，所述操作器包括末端卡爪(1)、驱动足(2)、压电陶瓷管(3)以及基座(4)；

所述末端卡爪(1)上设置有中心套或中心轴，所述基座(4)上设置有中心轴或中心套，所述末端卡爪(1)通过中心套固定套装于所述基座(4)的中心轴上，或所述末端卡爪(1)通过中心轴上固定套装于所述基座(4)的中心套内，并且只能做绕中心轴或中心套轴线方向的旋转运动以及沿中心轴或中心套轴线方向的直线运动；

所述基座(4)保持固定，所述末端卡爪(1)输出沿自身轴线方向的直线运动和绕自身轴线方向的旋转运动；

所述压电陶瓷管(3)的上端面与驱动足(2)固定连接，所述压电陶瓷管(3)的下端面与基座(4)固定连接；

所述压电陶瓷管(3)由圆管形压电陶瓷组成；

所述压电陶瓷管(3)的内柱面为单个不分区电极五(3-5)，用于连接激励电压信号的参考端；

所述压电陶瓷管(1)的外柱面包括上下两部分，其中所述外柱面下部分为单个不分区电极六(3-6)，其中所述外柱面上部分包括均匀等分的分区电极一(3-1)、分区电极二(3-2)、分区电极三(3-3)和分区电极四(3-4)，其中，分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)位置相对而不相邻，分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)位置相对而不相邻；

所述外柱面不分区电极六(3-6)为轴向伸缩电极，施加激励电压信号后产生沿压电陶瓷管(3)轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)轴线方向的直线运动；所述分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)为一对切向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管(3)产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足(2)沿与末端卡爪(1)的接触点的切线方向的摆动运动；

所述分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)为一对径向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管(3)产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足(2)沿与末端卡爪(1)的接触点的径向方向的摆动运动。

2.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述末端卡爪(1)上设置有与自身轴线平行的圆柱体或圆筒体结构；

所述压电陶瓷管(3)的轴线与所述末端卡爪(1)的轴线平行；

所述驱动足(2)套置于所述末端卡爪(1)的内侧，或者，所述驱动足(2)整体置于所述末端卡爪(2)的外侧；

当所述驱动足(2)套置于所述末端卡爪(1)的内侧时，驱动足(2)压紧在末端卡爪(1)圆筒体结构的内柱面；

当所述驱动足(2)整体置于所述末端卡爪(2)的外侧时，驱动足(2)压紧在末端卡爪(1)圆筒体或圆柱体的外柱面；

在以上两种安装方式下，所述驱动足(2)均通过摩擦力驱动末端卡爪(2)的超精密运动。

3.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的个数为大于0的整数，增加驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的数量实现所述微细物体操作器负载能力的倍增。

4.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述末端卡爪(1)上设置有卡紧机构，用以连接末端执行器，所述末端执行机构包括微细物体操作钳、微细物体注射管、微细物体穿刺针以及微细物体切割刀。

5.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述驱动足(2)的末端质点在其运动范围内实现任意闭合轨迹运动，所述任意闭合轨迹运动包括往复直线运动、往复圆弧线运动、往复多边形运动和往复椭圆形运动。

6.一种权利要求1所述两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：末端卡爪(1)沿自身轴线方向做正方向直线运动；

步骤二：末端卡爪(1)沿自身轴线方向做反方向直线运动；

步骤三：末端卡爪(1)绕自身轴线方向做顺时针旋转运动；

步骤四：末端卡爪(1)绕自身轴线方向做逆时针旋转运动。