采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法
【專利摘要】采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，屬于壓電驅(qū)動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明為解決現(xiàn)有壓電超聲驅(qū)動(dòng)器定位的精度和分辨力難以提高，無法克服強(qiáng)載、快速、大行程和高精度之間存在矛盾的問題。本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)包括四足壓電驅(qū)動(dòng)器、平臺(tái)和基座，所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)豎直梁、兩個(gè)水平梁和六組壓電陶瓷；采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇下述兩種激勵(lì)模式之一或者兩種激勵(lì)模式的組合來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)；兩種激勵(lì)模式分別為交流激勵(lì)連續(xù)模式和直流激勵(lì)步進(jìn)模式。本發(fā)明適用于驅(qū)動(dòng)各種高精度直線平臺(tái)，通過組合也可以實(shí)現(xiàn)多自由平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)。
【專利說明】 采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，屬于壓電驅(qū)動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。壓電超聲驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]但是，壓電超聲驅(qū)動(dòng)器實(shí)際工作時(shí)通過給壓電陶瓷片施加連續(xù)的交流電壓來激勵(lì)出驅(qū)動(dòng)足處質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)的橢圓軌跡振動(dòng)，進(jìn)而通過摩擦耦合實(shí)現(xiàn)動(dòng)子致動(dòng)；由于采用連續(xù)交變電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓電超聲驅(qū)動(dòng)器一般工作于共振工作模式，這使得其定位精度和分辨力一般為微米級(jí)，難于實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高，也無法滿足超精密加工、微納制造和生命科學(xué)等領(lǐng)域飛速發(fā)展的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有壓電超聲驅(qū)動(dòng)器定位的精度和分辨力難以提高，無法克服強(qiáng)載、快速、大行程和高精度之間存在矛盾的問題，提供了一種采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法。
[0005]本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)包括四足壓電驅(qū)動(dòng)器、平臺(tái)和基座；所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)豎直梁、兩個(gè)水平梁和六組壓電陶瓷，六組壓電陶瓷分別為兩組豎直梁上壓電陶瓷、兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷；
[0006]所述兩組豎直梁上壓電陶瓷均設(shè)置在豎直梁上，且分別設(shè)置于法蘭的上下兩側(cè)，兩個(gè)水平梁通過其側(cè)面分別與豎直梁的兩個(gè)端部固定連接，上端的水平梁上設(shè)置有兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷，下端的水平梁上設(shè)置有兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷，且兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷均分布在豎直梁的兩側(cè)，每個(gè)水平梁的兩個(gè)端部均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)足；四足壓電驅(qū)動(dòng)器通過法蘭與基座固定連接；平臺(tái)的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別與四個(gè)驅(qū)動(dòng)足緊密接觸。
[0007]采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法為:所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇下述兩種激勵(lì)模式之一或者兩種激勵(lì)模式的組合來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)；兩種激勵(lì)模式分別為:
[0008]第一種為交流激勵(lì)連續(xù)模式，該模式給上側(cè)水平梁上壓電陶瓷、豎直梁上壓電陶瓷、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷分別施加三相連續(xù)交流激勵(lì)電壓，且上側(cè)水平梁上壓電陶瓷和豎直梁上壓電陶瓷所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為90度，上側(cè)水平梁上壓電陶瓷和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為180度，以實(shí)現(xiàn)豎直梁和水平梁縱向振動(dòng)的激勵(lì)，即共振狀態(tài)，進(jìn)而通過三個(gè)正交縱向振動(dòng)的復(fù)合在四個(gè)驅(qū)動(dòng)足處產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的橢圓軌跡的振動(dòng)，該橢圓軌跡振動(dòng)能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大推力、大位移、快速、連續(xù)的運(yùn)動(dòng)輸出，所述大位移指位移大小不受限制；
[0009]第二種為直流激勵(lì)步進(jìn)模式，該模式給六組壓電陶瓷分別交替施加正、負(fù)直流激勵(lì)電壓，以實(shí)現(xiàn)豎直梁和水平梁縱向伸縮運(yùn)動(dòng)的交替激勵(lì)，即非共振狀態(tài)，水平梁伸長(zhǎng)后能夠使得驅(qū)動(dòng)足與平臺(tái)保持緊密接觸，水平梁收縮后可能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)足與平臺(tái)脫離接觸，進(jìn)而配合豎直梁的伸縮運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)平臺(tái)向上或者向下的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨力、低速、斷續(xù)的步進(jìn)輸出，通過調(diào)整直流電壓幅值實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子輸出位移的精確調(diào)整。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法針對(duì)現(xiàn)有壓電超聲驅(qū)動(dòng)器在具備快速、大行程影響能力的同時(shí)，難于兼具高精度、納米尺度定位功能這一突出問題，解決了強(qiáng)載、快速、大行程和高精度定位之間的矛盾。通過交流連續(xù)激勵(lì)模式和直流激勵(lì)步進(jìn)模式的組合應(yīng)用，使得采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)不僅具備快速、大行程響應(yīng)能力，同時(shí)具備高精度、納米尺度定位功能，最終實(shí)現(xiàn)真正的跨尺度、超精密驅(qū)動(dòng)。該方法廣泛適用于驅(qū)動(dòng)各種高精度直線平臺(tái)，通過簡(jiǎn)單組合也可以實(shí)現(xiàn)多自由平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的剖視圖；
[0012]圖2是本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器的俯視圖；
[0014]圖4是本發(fā)明所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是本發(fā)明所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)在直流激勵(lì)步進(jìn)模式下一個(gè)工作周期的動(dòng)子向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式示意圖，t表示時(shí)間，T表示周期。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)包括四足壓電驅(qū)動(dòng)器1、平臺(tái)2和基座3 ;所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器I包括一個(gè)豎直梁1-1、兩個(gè)水平梁1-2和六組壓電陶瓷1-3，六組壓電陶瓷1-3分別為兩組豎直梁上壓電陶瓷
1-3-1、兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3 ；
[0017]所述兩組豎直梁上壓電陶瓷1-3-1均設(shè)置在豎直梁1-1上，且分別設(shè)置于法蘭1-4的上下兩側(cè)，兩個(gè)水平梁1-2通過其側(cè)面分別與豎直梁1-1的兩個(gè)端部固定連接，上端的水平梁1-2上設(shè)置有兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2，下端的水平梁1-2上設(shè)置有兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3，且兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3均分布在豎直梁1-1的兩側(cè)，每個(gè)水平梁1-2的兩個(gè)端部均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)足1-5 ；四足壓電驅(qū)動(dòng)器I通過法蘭1-4與基座3固定連接；平臺(tái)2的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別與四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5緊密接觸；
[0018]采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法為:采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇下述兩種激勵(lì)模式之一或者兩種激勵(lì)模式的組合來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)；兩種激勵(lì)模式分別為:
[0019]第一種為交流激勵(lì)連續(xù)模式，該模式給上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2、豎直梁上壓電陶瓷1-3-1、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3分別施加三相連續(xù)交流激勵(lì)電壓，且上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和豎直梁上壓電陶瓷1-3-1所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為90度，上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為180度，以實(shí)現(xiàn)豎直梁1-1和水平梁1-2縱向振動(dòng)的激勵(lì)，即共振狀態(tài)，進(jìn)而通過三個(gè)正交縱向振動(dòng)的復(fù)合在四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5處產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的橢圓軌跡的振動(dòng)，該橢圓軌跡振動(dòng)能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)大推力、大位移、快速、連續(xù)的運(yùn)動(dòng)輸出，所述大位移指位移大小不受限制；
[0020]第二種為直流激勵(lì)步進(jìn)模式，該模式給六組壓電陶瓷1-3分別交替施加正、負(fù)直流激勵(lì)電壓，以實(shí)現(xiàn)豎直梁1-1和水平梁1-2縱向伸縮運(yùn)動(dòng)的交替激勵(lì)，即非共振狀態(tài)，水平梁1-2伸長(zhǎng)后能夠使得驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，水平梁1-2收縮后能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，進(jìn)而配合豎直梁1-1的伸縮運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)平臺(tái)2向上或者向下的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨力、低速、斷續(xù)的步進(jìn)輸出，通過調(diào)整直流電壓幅值實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子輸出位移的精確調(diào)整。
[0021]本實(shí)施方式中，首先設(shè)置平臺(tái)的目標(biāo)輸出速度，然后根據(jù)目標(biāo)輸出速度的大小來判斷采用兩種激勵(lì)模式之一或者兩種激勵(lì)模式的組合來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的豎直梁1-1和兩個(gè)水平梁1-2采用空間正交布置。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:下面結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的兩個(gè)水平梁1-2的長(zhǎng)度相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】四:下面結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5結(jié)構(gòu)相同，均為半圓柱形。
[0025]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇激勵(lì)模式來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)目標(biāo)輸出速度小于或等于直流激勵(lì)步進(jìn)模式下能夠獲得的平臺(tái)最大輸出速度時(shí)，進(jìn)入直流激勵(lì)步進(jìn)模式實(shí)現(xiàn)低速、高定位精度和分辨力的輸出。
[0026]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇激勵(lì)模式來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)目標(biāo)輸出速度大于直流激勵(lì)步進(jìn)模式下能夠獲得的平臺(tái)最大輸出速度時(shí)，首先進(jìn)入交流激勵(lì)連續(xù)模式實(shí)現(xiàn)快速大位移輸出，未達(dá)到目標(biāo)位移后停止，然后進(jìn)入直流激勵(lì)步進(jìn)模式實(shí)現(xiàn)最終精確定位。
[0027]【具體實(shí)施方式】七:下面結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式中平臺(tái)2向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)壓電陶瓷1-3施加激勵(lì)電壓的具體方式為:
[0028]第一、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3均施加正電壓時(shí)，六組壓電陶瓷1-3均處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5均與平臺(tái)2側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0029]第二、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5保持與平臺(tái)2的緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0030]第三、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5保持與平臺(tái)2的緊密接觸，豎直梁1-1收縮并帶動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；
[0031]第四、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5均與平臺(tái)2的側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0032]第五、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0033]第六、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，豎直梁1-1伸長(zhǎng)并帶動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
[0034]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式中平臺(tái)2向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)壓電陶瓷1-3施加激勵(lì)電壓的具體方式為:
[0035]第一、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3均施加正電壓時(shí)，六組壓電陶瓷1-3均處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5均與平臺(tái)2側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0036]第二、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0037]第三、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，豎直梁1-1收縮并帶動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；
[0038]第四、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-5均與平臺(tái)2的側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0039]第五、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，平臺(tái)2保持不動(dòng)；
[0040]第六、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷1-3-1施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-2施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷1-3-3施加正電壓時(shí)，上端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2脫離接觸，下端的水平梁1-2上的驅(qū)動(dòng)足1-5與平臺(tái)2保持緊密接觸，豎直梁1-1伸長(zhǎng)并帶動(dòng)平臺(tái)2實(shí)現(xiàn)向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
[0041]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，所述交流激勵(lì)連續(xù)模式中施加三相連續(xù)交流激勵(lì)電壓的電壓波形包括正弦波、方波、三角波和梯形波。
【權(quán)利要求】
1.采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)包括四足壓電驅(qū)動(dòng)器(I)、平臺(tái)(2)和基座(3);所述四足壓電驅(qū)動(dòng)器(I)包括一個(gè)豎直梁(1-1)、兩個(gè)水平梁(1-2)和六組壓電陶瓷(1-3)，六組壓電陶瓷(1-3)分別為兩組豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)、兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)； 所述兩組豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)均設(shè)置在豎直梁(1-1)上，且分別設(shè)置于法蘭(1-4)的上下兩側(cè)，兩個(gè)水平梁(1-2)通過其側(cè)面分別與豎直梁(1-1)的兩個(gè)端部固定連接，上端的水平梁(1-2)上設(shè)置有兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)，下端的水平梁(1-2)上設(shè)置有兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)，且兩組上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和兩組下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)均分布在豎直梁(1-1)的兩側(cè)，每個(gè)水平梁(1-2)的兩個(gè)端部均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)足(1-5);四足壓電驅(qū)動(dòng)器(I)通過法蘭(1-4)與基座(3)固定連接；平臺(tái)(2)的兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別與四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)緊密接觸； 采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法為:采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇下述兩種激勵(lì)模式之一或者兩種激勵(lì)模式的組合來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)；兩種激勵(lì)模式分別為: 第一種為交流激勵(lì)連續(xù)模式，該模式給上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)、豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)分別施加三相連續(xù)交流激勵(lì)電壓，且上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為90度，上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)所施加激勵(lì)電壓時(shí)間上的相位差為180度，以實(shí)現(xiàn)豎直梁(1-1)和水平梁(1-2)縱向振動(dòng)的激勵(lì)，即共振狀態(tài)，進(jìn)而通過三個(gè)正交縱向振動(dòng)的復(fù)合在四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)處產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的橢圓軌跡的振動(dòng)，該橢圓軌跡振動(dòng)能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)大推力、大位移、快速、連續(xù)的運(yùn)動(dòng)輸出，所述大位移指位移大小不受限制； 第二種為直流激勵(lì)步進(jìn)模式，該模式給六組壓電陶瓷(1-3)分別交替施加正、負(fù)直流激勵(lì)電壓，以實(shí)現(xiàn)豎直梁(1-1)和水平梁(1-2)縱向伸縮運(yùn)動(dòng)的交替激勵(lì)，即非共振狀態(tài)，水平梁(1-2)伸長(zhǎng)后能夠使得驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，水平梁(1-2)收縮后能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，進(jìn)而配合豎直梁(1-1)的伸縮運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)平臺(tái)(2)向上或者向下的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式能夠驅(qū)動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨力、低速、斷續(xù)的步進(jìn)輸出，通過調(diào)整直流電壓幅值實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子輸出位移的精確調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的豎直梁(1-1)和兩個(gè)水平梁(1-2)采用空間正交布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的兩個(gè)水平梁(1-2)的長(zhǎng)度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)中的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)結(jié)構(gòu)相同，均為半圓柱形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇激勵(lì)模式來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)目標(biāo)輸出速度小于或等于直流激勵(lì)步進(jìn)模式下能夠獲得的平臺(tái)最大輸出速度時(shí)，進(jìn)入直流激勵(lì)步進(jìn)模式實(shí)現(xiàn)低速、高定位精度和分辨力的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)輸出速度選擇激勵(lì)模式來實(shí)現(xiàn)不同位移尺度的驅(qū)動(dòng)中，當(dāng)目標(biāo)輸出速度大于直流激勵(lì)步進(jìn)模式下能夠獲得的平臺(tái)最大輸出速度時(shí)，首先進(jìn)入交流激勵(lì)連續(xù)模式實(shí)現(xiàn)快速大位移輸出，未達(dá)到目標(biāo)位移后停止，然后進(jìn)入直流激勵(lì)步進(jìn)模式實(shí)現(xiàn)最終精確定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式中平臺(tái)(2)向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)壓電陶瓷(1-3)施加激勵(lì)電壓的具體方式為: 第一、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)均施加正電壓時(shí)，六組壓電陶瓷(1-3)均處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)均與平臺(tái)(2)側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)(2)保持不動(dòng)； 第二、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)保持與平臺(tái)(2)的緊密接觸，平臺(tái)(2)保持不動(dòng)； 第三、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)保持與平臺(tái)(2)的緊密接觸，豎直梁(1-1)收縮并帶動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)； 第四、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)均與平臺(tái)(2)的側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)(2)保持不動(dòng)； 第五、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，平臺(tái)⑵保持不動(dòng)； 第六、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，豎直梁(1-1)伸長(zhǎng)并帶動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)向上步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述直流激勵(lì)步進(jìn)模式中平臺(tái)(2)向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)對(duì)壓電陶瓷(1-3)施加激勵(lì)電壓的具體方式為: 第一、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)均施加正電壓時(shí)，六組壓電陶瓷(1-3)均處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)均與平臺(tái)(2)側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)(2)保持不動(dòng)； 第二、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，平臺(tái)⑵保持不動(dòng)； 第三、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加正電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加負(fù)電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，豎直梁(1-1)收縮并帶動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)； 第四、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)和下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-5)均與平臺(tái)(2)的側(cè)面緊密接觸，平臺(tái)(2)保持不動(dòng)； 第五、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加負(fù)電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，平臺(tái)⑵保持不動(dòng)； 第六、當(dāng)豎直梁上壓電陶瓷(1-3-1)施加正電壓、上側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-2)施加負(fù)電壓、下側(cè)水平梁上壓電陶瓷(1-3-3)施加正電壓時(shí)，上端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)脫離接觸，下端的水平梁(1-2)上的驅(qū)動(dòng)足(1-5)與平臺(tái)(2)保持緊密接觸，豎直梁(1-1)伸長(zhǎng)并帶動(dòng)平臺(tái)(2)實(shí)現(xiàn)向下步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用四足壓電驅(qū)動(dòng)器的超精密直線平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述交流激勵(lì) 連續(xù)模式中施加三相連續(xù)交流激勵(lì)電壓的電壓波形包括正弦波、方波、三角波和梯形波。
【文檔編號(hào)】H02N2/06GK104022683SQ201410293148
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】劉英想, 馮培連, 陳維山, 劉軍考, 石勝君 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)