[发明专利]一种多自由度超声波电机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多自由度超声波电机及其控制方法。电机包括定子，所述定子包括弹性体，所述弹性体的一侧设置有用于驱动所述弹性体振动的压电陶瓷，所述压电陶瓷均匀分为偶数个分区，每个分区分别对应设置有独立的用于提供激励电压的驱动电源；通过改变所述激励电压的频率和相位，激励所述弹性体上的质点产生各种振动模态。由于将压电陶瓷均匀分区，每个分区接独立的驱动电源，因此可以根据实际需要，有针对性的调整每个独立分区的激励电压的相位和频率，理论上能够获得N（N为大于0的自然数）多种振动模态。可以实现在同一个超声波电机上各种振动模态的有效组合，比如沿X或Y轴的往返直线运动，绕Z轴的旋转运动。

技术领域

本发明涉及压电器件驱动技术领域，尤其涉及一种多自由度超声波电机及控制方法。

背景技术

压电驱动器（超声波电机）是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生超声频段的微幅振动，迫使接触面的质点产生类似椭圆轨迹、或周期性的往返曲线运动，并通过定、动子之间的摩擦将其转换成动予的旋转或直线运动。旋转运动的压电驱动器也称为压电电机。压电驱动器具有结构形式多样、位置精度高、惯性小、低噪声运行、响应快、断电自锁、不产生磁场亦不受电磁干扰等优点。由于具有以上诸多优点，压电驱动器在工业自动化、航空航天、医疗、生物工程等领域得到了大量的应用、并发挥了巨大的作用。

目前，在同一个压电驱动器上能实现单一或者两个的振动模态，比如能实现质点的旋转或者质点的直线运动，但不能任意组合运动。

因此，现有技术还可以进一步改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多自由度超声波电机及其控制方法，旨在解决现有超声波电机不能同时具备使质点产生直线往返运动和旋转运动的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种多自由度超声波电机，包括定子，所述定子包括弹性体，所述弹性体的一侧设置有用于驱动所述弹性体振动的压电陶瓷，其中，所述压电陶瓷均匀分为偶数个分区，每个分区分别对应设置有独立的用于提供激励电压的驱动电源 ；通过改变所述激励电压的频率和相位，使所述弹性体上的质点产生不同的振动模态。

所述的多自由度超声波电机，其中，所述不同的振动模态包括：质点左右摆动的振动、质点上下运动的振动、质点绕Z轴旋转的组合行波振动。

所述的多自由度超声波电机，其中，所述弹性体为金属圆盘，沿所述金属圆盘的圆周方向上均匀设置有m*2k个齿，其中，m为所述压电陶瓷的分区数,k为大于或等于1的自然数。

所述的多自由度超声波电机，其中，所述压电陶瓷均匀分为8个分区。

任一所述的多自由度超声波电机，其中，所述压电陶瓷为单层，所述压电陶瓷的厚度为0.05-1.0mm。

所述的多自由度超声波电机，其中，所述压电陶瓷通过胶粘剂或者焊接方式与所述弹性体相连。

所述的多自由度超声波电机，其中，所述压电陶瓷为单层，所述压电陶瓷的厚度为0.5mm。

一种多自由度超声波电机的控制方法，其中，对所述偶数个分区分别施加预定的激励电压，在所述偶数个分区中生成使质点产生向左或右摆动的振动以及使质点产生向上或下运动的振动；其中，使质点产生向左或右摆动的振动与使所述质点产生向上或下运动的振动所施加的激励电压频率相同。

所述的控制方法，其中，对所述偶数个分区分别施加合适的激励电压，在所述偶数个分区中生成行波，驱动配合面绕Z 轴旋转。

所述的控制方法，其中，所述对所述偶数个分区分别施加预定的激励电压，在所述偶数个分区中生成使质点产生向左或右摆动的振动以及使质点产生向上或下运动的振动，具体包括：