一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台及其激励方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112994515A(43)申请公布日2021.06.18(21)申请号202110149820.7(22)申请日2021.02.03(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人邓杰刘英想陈维山刘军考李锴(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人李恩庆(51)Int.Cl.H02N2/02(2006.01)H02N2/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台及其激励方法(57)摘要一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台及其激励方法，属于压电驱动技术领域。本发明解决了现有的大尺度压电运动平台工作频带窄、输出速度范围小及定子与动子之间存在摩擦磨损的问题。通过两自由度导向机构实现大尺度压电平台在两个直线自由度的运动导向，四足对称式弯曲复合型压电驱动器通过第一驱动器支撑架固装在两自由度导向机构上，四足对称式弯曲复合型压电驱动器包括连接块及相互垂直且两两对称固装在连接块四个侧面的第一至第四驱动足，每个驱动足均包括第一压电单元及第一变幅杆，第一惯性块对应固装在四个第一变幅杆的末端，每个驱动足均可实现沿各自切向方向的弯曲运动，所述输出平台固装在连接块及第一驱动器支撑架的顶端。CN112994515ACN112994515A权利要求书1/2页1.一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台，其特征在于：它包括两自由度导向机构(1)、第一驱动器支撑架(2)、第一惯性块(3)、输出平台(4)及四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)，通过两自由度导向机构(1)实现大尺度压电平台在两个直线自由度的运动导向，所述四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)通过所述第一驱动器支撑架(2)固装在所述两自由度导向机构(1)上，其中所述四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)包括连接块(5‑1)及相互垂直且两两对称固装在连接块(5‑1)四个侧面的第一至第四驱动足，每个驱动足均包括同轴布置的第一压电单元(5‑21)及第一变幅杆(5‑22)，第一惯性块(3)的数量为四个且对应固装在四个第一变幅杆(5‑22)的末端，每个驱动足均可实现沿各自切向方向的弯曲运动，所述输出平台(4)固装在连接块(5‑1)及第一驱动器支撑架(2)的顶端。2.根据权利要求1所述的一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台，其特征在于：所述第一变幅杆(5‑22)为截面渐变结构，其大直径端靠近第一压电单元(5‑21)设置，第一惯性块(3)固装在第一变幅杆(5‑22)的小直径端。3.根据权利要求1或2所述的一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台，其特征在于：所述两自由度导向机构(1)包括正交布置的第一导轨滑块机构(1‑1)和第二导轨滑块机构(1‑2)，其中第一导轨滑块机构(1‑1)中的导轨通过连接架(1‑3)固装在第二导轨滑块机构(1‑2)中的滑块上。4.根据权利要求1所述的一种宽速度范围两自由度大尺度压电平台，其特征在于：第一惯性块(3)的质量大于其对应连接的驱动足的质量。5.一种基于上述权利要求1～4中任一权利要求所述宽速度范围两自由度大尺度压电平台的激励方法，其特征在于：激励四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)工作在一阶弯曲谐振状态下实现高频快速运动，以及激励四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)工作在非共振弯曲状态下实现低频慢速运动，进而激励宽速度范围两自由度大尺度压电平台实现X轴方向和Y轴方向两自由度大尺度运动输出，具体包括如下步骤：实现沿Y轴负向运动输出的激励方法如下：步骤一、向沿X轴的第一驱动足(5‑2)和第三驱动足(5‑4)施加幅值缓慢上升的激励电压信号，使第一驱动足(5‑2)和第三驱动足(5‑4)沿Y轴负方向弯曲，带动其对应连接的第一惯性块(3)沿Y轴负方向运动，利用第一驱动足(5‑2)和第三驱动足(5‑4)产生的惯性冲击力驱动四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)及输出平台(4)沿Y轴正方向运动一段距离；步骤二、向沿X轴的第一驱动足(5‑2)和第三驱动足(5‑4)施加幅值快速下降的激励电压信号，使第一驱动足(5‑2)和第三驱动足(5‑4)沿Y轴正方向快速弯曲，带动其对应连接的第一惯性块(3)沿Y轴正方向快速运动，利用惯性冲击力驱动四足对称式弯曲复合型压电驱动器(5)及输出平台(4)沿Y轴负向运动一段距离，且沿Y轴负方向运动的距离大于沿Y轴正方向运动的距离；步骤三、重复步骤一至步骤二，驱动输出平台(4)沿Y轴“正向小步距‑负向大步距”运动，最终实现沿Y轴负向的连续运动；实现沿X轴负向运动输出的激励方法如下：步骤一、向沿Y轴的第二驱动足(5‑3)和第四驱动足(5‑5)施加幅值缓慢上升的激励电压信号