采用四足压电驱动器的超精密直线平台的驱动方法

摘要

采用四足压电驱动器的超精密直线平台的驱动方法，属于压电驱动技术领域，本发明为解决现有压电超声驱动器定位的精度和分辨力难以提高，无法克服强载、快速、大行程和高精度之间存在矛盾的问题。本发明所述采用四足压电驱动器的超精密直线平台包括四足压电驱动器、平台和基座，所述四足压电驱动器包括一个竖直梁、两个水平梁和六组压电陶瓷；采用四足压电驱动器的超精密直线平台根据目标输出速度选择下述两种激励模式之一或者两种激励模式的组合来实现不同位移尺度的驱动；两种激励模式分别为交流激励连续模式和直流激励步进模式。本发明适用于驱动各种高精度直线平台，通过组合也可以实现多自由平台的驱动。

主权项

采用四足压电驱动器的超精密直线平台的驱动方法，所述采用四足压电驱动器的超精密直线平台包括四足压电驱动器(1)、平台(2)和基座(3)；所述四足压电驱动器(1)包括一个竖直梁(1‑1)、两个水平梁(1‑2)和六组压电陶瓷(1‑3)，六组压电陶瓷(1‑3)分别为两组竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)、两组上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和两组下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)；所述两组竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)均设置在竖直梁(1‑1)上，且分别设置于法兰(1‑4)的上下两侧，两个水平梁(1‑2)通过其侧面分别与竖直梁(1‑1)的两个端部固定连接，上端的水平梁(1‑2)上设置有两组上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)，下端的水平梁(1‑2)上设置有两组下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)，且两组上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和两组下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)均分布在竖直梁(1‑1)的两侧，每个水平梁(1‑2)的两个端部均设置有驱动足(1‑5)；四足压电驱动器(1)通过法兰(1‑4)与基座(3)固定连接；平台(2)的两个内侧面分别与四个驱动足(1‑5)紧密接触；采用四足压电驱动器的超精密直线平台的驱动方法为：采用四足压电驱动器的超精密直线平台根据目标输出速度选择下述两种激励模式之一或者两种激励模式的组合来实现不同位移尺度的驱动；两种激励模式分别为：第一种为交流激励连续模式，该模式给上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)、竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)、下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)分别施加三相连续交流激励电压，且上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)所施加激励电压时间上的相位差为90度，上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)所施加激励电压时间上的相位差为180度，以实现竖直梁(1‑1)和水平梁(1‑2)纵向振动的激励，即共振状态，进而通过正交纵向振动的复合在四个驱动足(1‑5)处产生稳定而持续的椭圆轨迹的振动，该椭圆轨迹振动能够驱动平台(2)实现大推力、大位移、快速、连续的运动输出，所述大位移指位移大小不受限制；第二种为直流激励步进模式，该模式给六组压电陶瓷(1‑3)分别交替施加正、负直流激励电压，以实现竖直梁(1‑1)和水平梁(1‑2)纵向伸缩运动的交替激励，即非共振状态，水平梁(1‑2)伸长后能够使得驱动足(1‑5)与平台(2)保持紧密接触，水平梁(1‑2)收缩后能够实现驱动足(1‑5)与平台(2)脱离接触，进而配合竖直梁(1‑1)的伸缩运动来带动平台(2)向上或者向下的步进运动；所述直流激励步进模式能够驱动平台(2)实现纳米尺度分辨力、低速、断续的步进输出，通过调整直流电压幅值实现转子输出位移的精确调整；其特征在于，所述直流激励步进模式中平台(2)向上步进运动时，一个运动周期内对压电陶瓷(1‑3)施加激励电压的具体方式为：第一、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)均施加正电压时，六组压电陶瓷(1‑3)均处于伸长状态，四个驱动足(1‑5)均与平台(2)侧面紧密接触，平台(2)保持不动；第二、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)施加正电压、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)施加负电压、下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)施加正电压时，上端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)脱离接触，下端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)保持与平台(2)的紧密接触，平台(2)保持不动；第三、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)施加负电压、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)施加负电压、下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)施加正电压时，上端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)脱离接触，下端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)保持与平台(2)的紧密接触，竖直梁(1‑1)收缩并带动平台(2)实现向上步进运动；第四、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)施加负电压、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)和下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)施加正电压时，四个驱动足(1‑5)均与平台(2)的侧面紧密接触，平台(2)保持不动；第五、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)施加负电压、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)施加正电压、下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)施加负电压时，上端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)保持紧密接触，下端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)脱离接触，平台(2)保持不动；第六、当竖直梁上压电陶瓷(1‑3‑1)施加正电压、上侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑2)施加正电压、下侧水平梁上压电陶瓷(1‑3‑3)施加负电压时，上端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)保持紧密接触，下端的水平梁(1‑2)上的驱动足(1‑5)与平台(2)脱离接触，竖直梁(1‑1)伸长并带动平台(2)实现向上步进运动。