[发明专利]一种基于差动运动原理的压电驱动器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于差动运动原理的压电驱动器及其控制方法，包括基座、差动单元、动子单元及初始间隙调整单元；动子单元和初始间隙调整单元分别通过螺钉固定在基座上，差动单元竖直固定在初始间隙调整单元上；差动单元包括差动柔性铰链、左压电叠堆、右压电叠堆，左压电叠堆和右压电叠堆分别通过预紧螺钉对称安装在差动柔性铰链内；动子单元包括导轨以及滑动连接在导轨上的滑块，并通过初始间隙调整单元调节差动柔性铰链的驱动脚与滑块之间的初始间隙。滑块在差动柔性铰链的驱动下在导轨上滑动，通过同时向左压电叠堆和右压电叠堆施加协同驱动电信号，Z形柔性铰链组将产生弹性变形，可以合成并输出差动运动以实现抑制回退运动的功能。

技术领域

本发明涉及精密定位领域，特别是涉及一种基于差动运动原理的压电驱动器及其控制方法。本发明提供的基于差动运动原理的压电驱动器及其控制方法，与现有的粘滑式、惯性式、寄生式等驱动原理研制的压电驱动器相比，从驱动原理上实现了对粘滑式等压电驱动器出现的回退运动的抑制，极大地提高了压电驱动器的输出性能和使用寿命，可用于精密定位、精密/超精密加工、精密光学系统和显微操作等领域实现无回退、高精度的定位。

背景技术

随着精密定位、精密/超精密加工、精密光学系统等领域对微/纳米定位、加工和操作等需求的不断提升，对精密定位平台的需求也愈发迫切。基于逆压电效应的压电叠堆因具有高刚度、高分辨率、快速响应等优点，获得了广大研究人员的青睐，成为了驱动器的主流驱动元件。目前，研究人员开发出了多种驱动原理的压电驱动器，例如直推式、仿生尺蠖式、粘滑式、惯性式和寄生式等类型。其中，直推式压电驱动器行程十分有限，往往只有几十微米，其应用场合较为有限。而仿生尺蠖式压电驱动器虽具能够输出长行程的直线运动，但其结构往往比较复杂，且通常需要3个及以上数量的压电叠堆且需要按照特定的时序进行驱动，因此其控制和操作流程较为繁琐。而诸如粘滑式、惯性式和寄生式等类型的压电驱动器能够输出长行程的直线运动，且这些类型的压电驱动器的结构和控制相对简单，但在工作过程中普遍存在着回退运动，不仅会降低驱动器的输出性能，而且会缩短驱动器的使用寿命。

综上所述，在压电驱动器领域中，回退运动是研究的热点问题，需要亟待解决。为此，需要提出一种新的压电驱动原理，并研制出相应的装置和方法，在保留现有粘滑式、惯性式和寄生式压电驱动器结构简单、控制简单、大行程的基础上实现对回退运动的抑制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于差动运动原理的压电驱动器及其控制方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明基于差动运动原理的压电驱动器的结构简单，控制方法灵活，差动柔性铰链的驱动脚与滑块之间的初始间隙可以通过微调机构的旋钮来调节，在合适的初始间隙下，通过驱动单元中两个压电叠堆的协同驱动，可以在差动柔性铰链的驱动脚处输出差动运动，从而有效抑制了粘滑式等压电驱动器固有的回退运动。本发明为研究抑制粘滑式、寄生式、惯性式等类型压电驱动器回退运动提供了一种解决方案，在精密定位、精密/超精密加工、精密光学系统和显微操作等领域具有广阔的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图：