[发明专利]一种并联式三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法

权利要求书

1.权利要求1请求保护一种并联式三自由度压电谐振自致动机构，其特征在于，它包括由四个结构完全相同的柱状压电换能器(1、2、3和4)以及其共用的连接梁(5)、驱动梁(6)构成的换能器并联组合结构自致动机构，所述每个柱状压电换能器均包含的零部件为一个用于固定的螺钉(7)、一个端柱(8)、一个连接板(9)、m个压电陶瓷组件(10)、m-1个接地电极片(11)以及驱动端柱(12)，其中连接板(9)和驱动端柱(12)均为四个柱状压电换能器共用件，四个驱动梁的凸起结构特征上与工作平面的接触点作为驱动足，驱动足共四个，所述各压电陶瓷组件均由两片压电陶瓷片及一片居中放置的电极片组成，所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化。

2.根据权利要求1所述的并联式三自由度压电谐振自致动机构，其特征在于，每片压电陶瓷片均由压电体和一对电极涂层组成，组成这一对电极涂层的两个涂层分别位于压电体的双侧正方形表面上。

3.一种根据权利要求1所述的并联式三自由度压电谐振自致动机构的驱动方法为：先设定笛卡尔直角坐标系，三轴分别为x、y、z，o为坐标系原点，xoy平面为水平工作面，提供两相具有π/2的相位差的周期性的正弦电压信号，选取两个相邻的柱状压电换能器且保证它们共同存在于一个与yoz平面平行的平面内，这两个柱状压电换能器构成一组，并将一相电压信号施加于该组换能器包含的所有压电陶瓷组件上，激励其产生同步纵振；剩余的两个柱状压电换能器构成一组，将另一相电压信号施加于该组换能器包含的所有压电陶瓷组件上，激励其产生同步纵振，柱状换能器的其它金属件接地，两相电压信号所激励的两组柱状压电换能器形成具有π/2的相位差的组合纵振，换能器之间的驱动梁受组合纵振影响产生受迫振动，带动驱动梁上的驱动足产生椭圆运动轨迹，与工作平面接触产生沿x轴方向的摩擦推力推动自致动机构沿x轴方向平移直线运动；选取两个相邻的柱状压电换能器且保证它们共同存在于一个与xoz平面平行的平面内，这两个柱状压电换能器构成一组，并将所述一相电压信号施加于该组换能器包含的所有压电陶瓷组件上，激励其产生同步纵振；剩余的两个柱状压电换能器构成一组，将所述另一相电压信号施加于该组换能器包含的所有压电陶瓷组件上，激励其产生同步纵振，柱状换能器的其它金属件接地，两相电压信号所激励的两组柱状压电换能器形成具有π/2的相位差的组合纵振，换能器之间的驱动梁受组合纵振影响产生受迫振动，驱动梁上的驱动足产生椭圆运动轨迹，与工作平面接触产生沿y轴方向的摩擦推力推动自致动机构沿y轴方向平移直线运动；提供四相周期性的正弦电压信号，电压信号两两之间依次均具有递增或递减的π/2的相位差，所述四相电压信号依次施加于压电谐振自致动机构的四个柱状压电换能器并激励其产生具有时序性的纵振，带动四根驱动梁产生受迫振动，四根驱动梁上的四个驱动足产生椭圆运动轨迹，与工作平面接触产生绕z轴相同旋向的摩擦推力推动自致动机构绕z轴旋转运动；通过调整电压激励信号的电压幅值调整推力的大小以及运动机构的运动速度，通过调整实际驱动所用到的两相或四相电压信号之间相位差依次上升π/2或下降π/2可以改变自致动机构旋转方向，通过上述方法，实现自致动机构的三自由度运动。