[发明专利]一种单自由度压电转台及其激励方法

说明书

本发明提供了一种单自由度压电转台及其激励方法，属于压电驱动技术领域。单自由度压电转台包括一个环形基座、N个二维压电致动器、一个圆盘动子、2N个轴向固定螺钉、N个轴向压紧块和N个径向紧定螺钉，其中N为大于或等于6的偶数；通过设计施加在N个二维压电致动器的一路激励电压信号，控制其时序和幅值，激励N个二维压电致动器产生沿着圆盘动子外沿切线方向的弯曲运动，利用摩擦力驱动圆盘动子实现单自由度转动；通过调整施加在二维压电致动器上的另一路电压信号幅值，控制二维压电致动器与圆盘动子之间的摩擦力。本发明的单自由度压电转台具有无支承、摩擦力可控、大行程、运动分辨力高的优点，在精密驱动和定位领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，尤其是涉及一种单自由度压电转台及其激励方法。

背景技术

压电驱动技术是指利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能，通过特定致动原理实现压电装置的运动输出的一种精密驱动技术，该技术具有运动精度高、抗电磁干扰、响应速度快、断电自锁等优点。近年来，随着生物医学、光学工程、精密加工领域的快速发展，它们对精密旋转运动平台提出了迫切需求。鉴于利用压电驱动技术的精密旋转运动平台具有高位移分辨力、大行程、结构简单、断电自锁、无电磁干扰等显著优势，其在精密驱动和定位领域具备广阔的应用前景，为此，国内外众多学者针对精密压电旋转运动平台开展了广泛研究。

根据工作原理的不同，当前的压电旋转运动平台主要包括共振式和非共振式两类。共振式压电旋转运动平台利用超声频率的激励电压信号激励定子产生超声振动，进而通过摩擦耦合驱动动子实现旋转运动输出；其具备大行程、高速度、大力矩运动输出能力，但是此类压电旋转运动平台工作在高频状态，其运行时伴随着严重的摩擦磨损和发热问题，且运动精度较低，通常只能达到微米量级。非共振式的压电旋转运动平台主要是利用动子和定子之间动、静摩擦的交替变化实现运动输出，其工作频率较低；虽然此类压电旋转平台输出速度和力矩低于共振式的压电旋转运动平台，但是其实现了更高的运动分辨力和定位精度；由于此类压电旋转平台工作在低频范围，弱化了摩擦磨损问题，避免了高速高频运行产生的发热问题；总之，非共振式的压电旋转运动平台更适用于运动精度要求高、稳定性较好、间歇性运行的应用需求，逐渐成为目前研究的热点。对于上述压电旋转运动平台而言，动子的支承方式以及动子与定子之间的摩擦力是决定其运动输出特性的两个关键因素；为了支承动子并限制其冗余运动自由度，现有压电旋转运动平台通常需要设计支承结构实现动子的支承；为了保证动子与定子之间形成工作所需的摩擦力，往往需要配置复杂的预紧机构，以此调节动子和定子之间的预紧力，进一步调整二者之间的摩擦力，从而保证定子能够稳定地驱动动子实现运动输出；但是预紧机构通常是固定的机械装置，难以在运行中调节预紧力，进而控制摩擦力的大小。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种单自由度压电转台及其激励方法，解决现有单自由度压电驱动装置支承和限位结构复杂、难以实现运行中摩擦力的调控等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：