本發(fā)明涉及壓電精密致動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)及電激勵(lì)方式。

背景技術(shù)：

目前實(shí)現(xiàn)大行程精密步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的方式主要是尺蠖式精密驅(qū)動(dòng)和慣性摩擦驅(qū)動(dòng)兩種方式。尺蠖式精密驅(qū)動(dòng)能夠提供較大的精度和推力，但是由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)頻率較小，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)速度小，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜還導(dǎo)致控制難度加大，安裝精度難以控制，另外，尺蠖型精密驅(qū)動(dòng)的配合磨損嚴(yán)重，最終導(dǎo)致接觸不良，性能弱化；摩擦慣性壓電驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、控制較容易、驅(qū)動(dòng)速度較大，但是由于摩擦慣性壓電驅(qū)動(dòng)裝置缺少鉗位機(jī)構(gòu)而導(dǎo)致預(yù)緊力不足，推力小。

疊層壓電陶瓷因性能較優(yōu)越，近年來制造工藝的提升，大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，越來越多的被應(yīng)用在精密驅(qū)動(dòng)上。利用疊層壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)制成的壓電直線電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：位移分辨力高、承載力大、輸出剛度高、輸出位移重復(fù)性好、控制簡(jiǎn)單易操作、能夠克服電磁干擾、高溫、低溫等問題。但目前的非共振式壓電電機(jī)主要問題在于疊層壓電陶瓷的遲滯效應(yīng)影響，導(dǎo)致壓電直線電機(jī)的回程誤差積累而增大其定位誤差，能解決該問題的雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)也存在大行程、大推力與高精度難以兼顧的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)及電激勵(lì)方式，綜合利用尺蠖式壓電精密驅(qū)動(dòng)和摩擦慣性壓電驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),解決大行程、大推力與高精度難以兼顧的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)，包括第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足、第三驅(qū)動(dòng)足、第四驅(qū)動(dòng)足、第一支撐機(jī)構(gòu)、第二支撐機(jī)構(gòu)、第三支撐機(jī)構(gòu)、第四支撐機(jī)構(gòu)、預(yù)緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)子和基座；所述第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足、第三驅(qū)動(dòng)足和第四驅(qū)動(dòng)足相對(duì)于所述動(dòng)子呈對(duì)稱分布，且所述第一驅(qū)動(dòng)足和所述第二驅(qū)動(dòng)足、所述第三驅(qū)動(dòng)足和所述第四驅(qū)動(dòng)足分別沿徑向?qū)ΨQ分布，所述第一驅(qū)動(dòng)足和所述第三驅(qū)動(dòng)足、所述第二驅(qū)動(dòng)足和所述第四驅(qū)動(dòng)足分別沿軸向?qū)ΨQ分布；所述第一驅(qū)動(dòng)足的一端通過所述第一支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子；所述第二驅(qū)動(dòng)足的一端通過所述第二支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子；所述第三驅(qū)動(dòng)足的一端通過所述第三支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子；所述第四驅(qū)動(dòng)足的一端通過所述第四支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子；

所述第一驅(qū)動(dòng)足包括第一柔性萬向節(jié)、第二柔性萬向節(jié)、疊層壓電陶瓷、位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和耐磨陶瓷球；所述第一柔性萬向節(jié)的一端與所述第一支撐機(jī)構(gòu)相連，另一端與所述疊層壓電陶瓷的一端相連；所述第二柔性萬向節(jié)的一端與所述疊層壓電陶瓷的另一端相連，另一端與所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)相連；所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述耐磨陶瓷球與所述動(dòng)子相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足、第三驅(qū)動(dòng)足、第四驅(qū)動(dòng)足的結(jié)構(gòu)和所述第一驅(qū)動(dòng)足的結(jié)構(gòu)相同。

所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體、第四支撐體、第一彈簧片、第二彈簧片和彈性壓緊裝置；所述第一驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第一支撐體與所述第一彈簧片相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第二支撐體與所述第一彈簧片相連；所述第三驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第三支撐體與所述第二彈簧片相連；所述第四驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第四支撐體與所述第二彈簧片相連；所述彈性壓緊裝置用于壓緊所述第一彈簧片和所述第二彈簧片，使所述第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足、第三驅(qū)動(dòng)足和第四驅(qū)動(dòng)足通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱動(dòng)子，其伸縮作用通過所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到動(dòng)子，輸出位移的方向與四驅(qū)動(dòng)足伸縮的方向平行。

所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體、第四支撐體、第一彈簧片、第二彈簧片和彈性線圈；所述第一驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第一支撐體與所述第一彈簧片相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第二支撐體與所述第一彈簧片相連；所述第三驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第三支撐體與所述第二彈簧片相連；所述第四驅(qū)動(dòng)足的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第四支撐體與所述第二彈簧片相連；所述彈性線圈繞在所述第一彈簧片和所述第二彈簧片的中間；所述第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足、第三驅(qū)動(dòng)足和第四驅(qū)動(dòng)足通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱動(dòng)子，其伸縮作用通過所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到動(dòng)子，輸出位移的方向與四驅(qū)動(dòng)足伸縮的方向平行。

所述第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體和第四支撐體為形狀大小相同的球體。

所述第一支撐機(jī)構(gòu)包括固連的底座和支座，所述底座與所述基座固連，所述支座與所述第一驅(qū)動(dòng)足固連用于支撐所述第一驅(qū)動(dòng)足；所述第二支撐機(jī)構(gòu)、第三支撐機(jī)構(gòu)、第四支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與所述第一支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同；

所述直線電機(jī)還包括轉(zhuǎn)接板；所述動(dòng)子通過所述轉(zhuǎn)接板與所述基座固連。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)的電激勵(lì)方式：

施加電壓激勵(lì)電機(jī)第一驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷、第二驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷、第三驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷和第四驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷，使四個(gè)驅(qū)動(dòng)足共同作用驅(qū)動(dòng)動(dòng)子；具體采用如下激勵(lì)方式使得動(dòng)子向左移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)：

對(duì)第一驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第一電壓信號(hào)，第一驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)后所述第一電壓信號(hào)保持不變；

對(duì)第三驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第三電壓信號(hào)，第三驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)后所述第三電壓保持不變；

將所述第一電壓信號(hào)和所述第三電壓信號(hào)實(shí)施下降，同時(shí)對(duì)第二驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第二電壓信號(hào)，對(duì)第四驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第四電壓信號(hào)，所述第一驅(qū)動(dòng)足和所述第三驅(qū)動(dòng)足回縮的同時(shí)所述第二驅(qū)動(dòng)足和所述第四驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)使得動(dòng)子向左移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)；

將所述第二電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置；

將所述第四電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置。

采用如下激勵(lì)方式使得動(dòng)子向右移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)：

對(duì)第四驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第四電壓信號(hào)，第四驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)后所述第四電壓信號(hào)保持不變；

對(duì)第二驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第二電壓信號(hào)，第二驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)后所述第二電壓保持不變；

將所述第二電壓信號(hào)和所述第四電壓信號(hào)實(shí)施下降，同時(shí)對(duì)第一驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第一電壓信號(hào)，對(duì)第三驅(qū)動(dòng)足的疊層壓電陶瓷施加上升的第三電壓信號(hào)，所述第四驅(qū)動(dòng)足和所述第二驅(qū)動(dòng)足回縮的同時(shí)所述第一驅(qū)動(dòng)足和所述第三驅(qū)動(dòng)足伸長(zhǎng)使得動(dòng)子向右移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)；

將所述第三電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置；

將所述第一電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的壓電步進(jìn)直線電機(jī)中采用四驅(qū)動(dòng)足設(shè)計(jì)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)足相對(duì)動(dòng)子呈對(duì)稱分布，四驅(qū)動(dòng)足通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)直接緊抱動(dòng)子，四驅(qū)動(dòng)足的伸縮作用通過位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到動(dòng)子，輸出位移的方向與四驅(qū)動(dòng)足伸縮的方向平行；當(dāng)給四驅(qū)動(dòng)足輸入四相電壓控制信號(hào)后，能夠?qū)崿F(xiàn)差動(dòng)作動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大行程、大推力與高精度兼顧；

(2)本發(fā)明的壓電步進(jìn)直線電機(jī)的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足始終由預(yù)緊機(jī)構(gòu)壓緊在動(dòng)子上，這使得電機(jī)具有斷電自鎖的能力；本發(fā)明的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足的端部采用高硬度高耐磨性的陶瓷球，這將大大提高電機(jī)的使用壽命；

(3)本發(fā)明的壓電步進(jìn)直線電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)的裝配效率，且易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)；

(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)了梯形信號(hào)和三角形信號(hào)相結(jié)合的電壓信號(hào)輸入方式來實(shí)現(xiàn)四驅(qū)動(dòng)足差動(dòng)作動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效果；工作時(shí)，只需將第一驅(qū)動(dòng)足的輸入信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)足的輸入信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)足和第二驅(qū)動(dòng)足的輸入信號(hào)相互置換，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)及電激勵(lì)方式不局限于實(shí)施例。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為本發(fā)明的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足的電壓信號(hào)時(shí)序圖1；

圖3為在圖2所示的激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下四驅(qū)動(dòng)足及動(dòng)子在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程圖；

圖4為本發(fā)明的四個(gè)驅(qū)動(dòng)足的電壓信號(hào)時(shí)序圖2；

圖5為在圖4所示的激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下四驅(qū)動(dòng)足及動(dòng)子在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程圖。

附圖標(biāo)記：A、第一驅(qū)動(dòng)足，B、第二驅(qū)動(dòng)足，C、第三驅(qū)動(dòng)足，D、第四驅(qū)動(dòng)足，11、第一柔性萬向節(jié)，12、第二柔性萬向節(jié)，13、疊層壓電陶瓷，14、位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，15、耐磨陶瓷球，21、第一支撐體，22、第二支撐體，23、第三支撐體，24、第四支撐體，25、第一彈簧片，26、第二彈簧片，27、彈性線圈，31、底座，32、支座，4、動(dòng)子，5、轉(zhuǎn)接板。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見圖1所示，一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)，包括第一驅(qū)動(dòng)足A、第二驅(qū)動(dòng)足B、第三驅(qū)動(dòng)足C、第四驅(qū)動(dòng)足D、第一支撐機(jī)構(gòu)、第二支撐機(jī)構(gòu)、第三支撐機(jī)構(gòu)、第四支撐機(jī)構(gòu)、預(yù)緊機(jī)構(gòu)、動(dòng)子4、轉(zhuǎn)接板5和基座；所述第一驅(qū)動(dòng)足A、第二驅(qū)動(dòng)足B、第三驅(qū)動(dòng)足C和第四驅(qū)動(dòng)足D相對(duì)于所述動(dòng)子4呈對(duì)稱分布，且所述第一驅(qū)動(dòng)足A和所述第二驅(qū)動(dòng)足B、所述第三驅(qū)動(dòng)足C和所述第四驅(qū)動(dòng)足D分別沿徑向?qū)ΨQ分布，所述第一驅(qū)動(dòng)足A和所述第三驅(qū)動(dòng)足C、所述第二驅(qū)動(dòng)足B和所述第四驅(qū)動(dòng)足D分別沿軸向?qū)ΨQ分布；所述第一驅(qū)動(dòng)足A的一端通過所述第一支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子4；所述第二驅(qū)動(dòng)足B的一端通過所述第二支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子4；所述第三驅(qū)動(dòng)足C的一端通過所述第三支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子4；所述第四驅(qū)動(dòng)足D的一端通過所述第四支撐機(jī)構(gòu)與所述基座固連，另一端通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱所述動(dòng)子4；所述動(dòng)子4通過所述轉(zhuǎn)接板5與所述基座固連。

具體的，所述第一驅(qū)動(dòng)足A包括第一柔性萬向節(jié)11、第二柔性萬向節(jié)12、疊層壓電陶瓷13、位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)14和耐磨陶瓷球15；所述第一柔性萬向節(jié)11的一端與所述第一支撐機(jī)構(gòu)相連，另一端與所述疊層壓電陶瓷13的一端相連；所述第二柔性萬向節(jié)12的一端與所述疊層壓電陶瓷13的另一端相連，另一端與所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)14相連；所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)14通過所述耐磨陶瓷球15與所述動(dòng)子相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足B、第三驅(qū)動(dòng)足C、第四驅(qū)動(dòng)足D的結(jié)構(gòu)和所述第一驅(qū)動(dòng)足A的結(jié)構(gòu)相同。

具體的，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括第一支撐體21、第二支撐體22、第三支撐體23、第四支撐體24、第一彈簧片25、第二彈簧片26和彈性壓緊裝置；所述第一驅(qū)動(dòng)足A的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第一支撐體21與所述第一彈簧片25相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足B的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第二支撐體22與所述第一彈簧片25相連；所述第三驅(qū)動(dòng)足C的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第三支撐體23與所述第二彈簧片26相連；所述第四驅(qū)動(dòng)足D的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第四支撐體24與所述第二彈簧片26相連；所述彈性壓緊裝置用于壓緊所述第一彈簧片25和所述第二彈簧片26，使所述第一驅(qū)動(dòng)足A、第二驅(qū)動(dòng)足B、第三驅(qū)動(dòng)足C和第四驅(qū)動(dòng)足D通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱動(dòng)子4，其伸縮作用通過所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)14傳遞到動(dòng)子4，輸出位移的方向與四驅(qū)動(dòng)足伸縮的方向平行。給四個(gè)驅(qū)動(dòng)足輸入一個(gè)差動(dòng)信號(hào)，使其實(shí)現(xiàn)差動(dòng)作動(dòng)。在整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)模式仿制慣性摩擦式的驅(qū)動(dòng)；預(yù)緊力的施加方式來源于尺蠖式精密驅(qū)動(dòng)；差動(dòng)作動(dòng)能夠滿足大行程的要求。

具體的，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括第一支撐體21、第二支撐體22、第三支撐體23、第四支撐體24、第一彈簧片25、第二彈簧片26和彈性線圈27；所述第一驅(qū)動(dòng)足A的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)14通過所述第一支撐體21與所述第一彈簧片25相連；所述第二驅(qū)動(dòng)足B的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第二支撐體22與所述第一彈簧片25相連；所述第三驅(qū)動(dòng)足C的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第三支撐體23與所述第二彈簧片26相連；所述第四驅(qū)動(dòng)足D的位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)通過所述第四支撐體24與所述第二彈簧片26相連；所述彈性線圈27繞在所述第一彈簧片25和所述第二彈簧片26的中間，能夠使四驅(qū)動(dòng)足的受力均勻；所述第一驅(qū)動(dòng)足A、第二驅(qū)動(dòng)足B、第三驅(qū)動(dòng)足C和第四驅(qū)動(dòng)足D通過所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊抱動(dòng)子4，其伸縮作用通過所述位移轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到動(dòng)子，輸出位移的方向與四驅(qū)動(dòng)足伸縮的方向平行。

所述第一支撐體21、第二支撐體22、第三支撐體23和第四支撐體24為形狀大小相同的球體，被應(yīng)用在彈簧片與驅(qū)動(dòng)足之間，能夠使預(yù)緊力的受力均勻。

具體的，所述第一支撐機(jī)構(gòu)包括固連的底座31和支座32，所述底座31與所述基座固連，所述支座32與所述第一驅(qū)動(dòng)足A固連用于支撐所述第一驅(qū)動(dòng)足A；所述第二支撐機(jī)構(gòu)、第三支撐機(jī)構(gòu)、第四支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與所述第一支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同。

本發(fā)明實(shí)施例利用疊層壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，給疊層壓電陶瓷施加的電壓增大，疊層壓電陶瓷伸長(zhǎng)；電壓減小，疊層壓電陶瓷回縮。因此，給定一個(gè)電壓信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)疊層壓電陶瓷的伸縮運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)軸向位移變化，將位移變化通過摩擦運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到動(dòng)子即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的直線運(yùn)動(dòng)。單個(gè)疊層壓電陶瓷的運(yùn)動(dòng)范圍很小，只有幾十微米，摩擦力也很小，將多個(gè)疊層壓電陶瓷機(jī)械上并聯(lián)，電路上串聯(lián)，給定一個(gè)差動(dòng)作動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的行程累積，即可以實(shí)現(xiàn)大范圍驅(qū)動(dòng)；單個(gè)驅(qū)動(dòng)的摩擦力很有限，多個(gè)驅(qū)動(dòng)足的聯(lián)合使用可以增大摩擦力，即可實(shí)現(xiàn)大推力的輸出驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明使用四個(gè)驅(qū)動(dòng)足來實(shí)現(xiàn)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制。差動(dòng)作動(dòng)正常工作的要求：四只驅(qū)動(dòng)足分別和動(dòng)子接觸，接觸材料、接觸面積、接觸方式和預(yù)緊力完全相同，且單只足的驅(qū)動(dòng)摩擦力小于動(dòng)子的靜摩擦力，四驅(qū)動(dòng)足的驅(qū)動(dòng)摩擦力之和大于動(dòng)子的靜摩擦力；四驅(qū)動(dòng)足依次作動(dòng)，動(dòng)子在這個(gè)過程中靜止不動(dòng)；待四驅(qū)動(dòng)足全部伸長(zhǎng)后同時(shí)回縮，此時(shí)的總驅(qū)動(dòng)力大于動(dòng)子的靜摩擦力，動(dòng)子跟隨驅(qū)動(dòng)足前進(jìn)一個(gè)步距，四驅(qū)動(dòng)足再依次恢復(fù)到原長(zhǎng)，這時(shí)候動(dòng)子在慣性作用下保持不動(dòng)，重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子不斷向前步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例還采用如下技術(shù)方案：一種四足對(duì)稱差動(dòng)作動(dòng)壓電步進(jìn)直線電機(jī)的電激勵(lì)方式：

施加電壓激勵(lì)電機(jī)第一驅(qū)動(dòng)足A的疊層壓電陶瓷、第二驅(qū)動(dòng)足B的疊層壓電陶瓷、第三驅(qū)動(dòng)足C的疊層壓電陶瓷和第四驅(qū)動(dòng)足D的疊層壓電陶瓷，使四個(gè)驅(qū)動(dòng)足共同作用驅(qū)動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，具體采用如下激勵(lì)方式使得動(dòng)子向左移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)：

在原始階段，輸入電壓信號(hào)為零，四驅(qū)動(dòng)足都是原始長(zhǎng)度，動(dòng)子靜止不動(dòng)；

第一階段，給A足一個(gè)電壓信號(hào)，A足伸長(zhǎng)而其他的足先不動(dòng)，伸長(zhǎng)后保持電壓不變。一個(gè)足的摩擦力不足以拖動(dòng)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子保持靜止；

第二階段，給C足一個(gè)電壓信號(hào)，C足伸長(zhǎng)而其他足保持原狀，C足伸長(zhǎng)后保持電壓不變，動(dòng)子靜止；

第三階段，A、C足電壓下降同時(shí)B、D足電壓升高，A、C足回縮的同時(shí)B、D足伸長(zhǎng)。四足同時(shí)運(yùn)動(dòng)給動(dòng)子一個(gè)向左的驅(qū)動(dòng)摩擦力導(dǎo)致其克服靜止摩擦力向左移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)；

第四階段，將伸長(zhǎng)的B足電壓降到零，使其伸長(zhǎng)回縮到原來位置，動(dòng)子保持不動(dòng)；

第五階段，將伸長(zhǎng)的D足電壓降到零，使其伸長(zhǎng)回縮到原來位置，動(dòng)子保持不動(dòng)。

至此，疊層壓電陶瓷完成一次驅(qū)動(dòng)過程，動(dòng)子向左移動(dòng)一個(gè)疊層壓電陶瓷的伸長(zhǎng)單位，驅(qū)動(dòng)足及動(dòng)子在0-T時(shí)間一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變化如圖3所示，細(xì)實(shí)線畫的驅(qū)動(dòng)足代表疊層壓電陶瓷伸長(zhǎng)一個(gè)步進(jìn)，粗實(shí)線畫的驅(qū)動(dòng)足代表它們回縮到原始長(zhǎng)度。從T到2T是另一個(gè)電壓循環(huán)，動(dòng)子繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)驅(qū)動(dòng)過程。按此激勵(lì)信號(hào)重復(fù)，就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的持續(xù)單向步進(jìn)移動(dòng)。

如圖4所示，采用如下激勵(lì)方式使得動(dòng)子向右移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)：

對(duì)第四驅(qū)動(dòng)足D的疊層壓電陶瓷施加上升的第四電壓信號(hào)，第四驅(qū)動(dòng)足D伸長(zhǎng)后所述第四電壓信號(hào)保持不變；

對(duì)第二驅(qū)動(dòng)足B的疊層壓電陶瓷施加上升的第二電壓信號(hào)，第二驅(qū)動(dòng)足B伸長(zhǎng)后所述第二電壓保持不變；

將所述第二電壓信號(hào)和所述第四電壓信號(hào)實(shí)施下降，同時(shí)對(duì)第一驅(qū)動(dòng)足A的疊層壓電陶瓷施加上升的第一電壓信號(hào)，對(duì)第三驅(qū)動(dòng)足C的疊層壓電陶瓷施加上升的第三電壓信號(hào)，所述第四驅(qū)動(dòng)足D和所述第二驅(qū)動(dòng)足B回縮的同時(shí)所述第一驅(qū)動(dòng)足A和所述第三驅(qū)動(dòng)足C伸長(zhǎng)使得動(dòng)子向右移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)；

將所述第三電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置；

將所述第一電壓信號(hào)實(shí)施下降到零，使其回縮到原始位置。

至此，疊層壓電陶瓷完成一次驅(qū)動(dòng)過程，動(dòng)子向右移動(dòng)一個(gè)疊層壓電陶瓷的伸長(zhǎng)單位(即實(shí)現(xiàn)反向移動(dòng))，驅(qū)動(dòng)足及動(dòng)子在0-T時(shí)間一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)變化如圖5所示，細(xì)實(shí)線畫的驅(qū)動(dòng)足代表疊層壓電陶瓷伸長(zhǎng)一個(gè)步進(jìn)，粗實(shí)線畫的驅(qū)動(dòng)足代表它們回縮到原始長(zhǎng)度。從T到2T是另一個(gè)電壓循環(huán)，動(dòng)子繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)驅(qū)動(dòng)過程。按此激勵(lì)信號(hào)重復(fù)，就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的持續(xù)單向步進(jìn)移動(dòng)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。