多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器，屬于壓電驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電驅(qū)動是一種利用壓電功能材料的逆壓電效應實現(xiàn)致動輸出的新型驅(qū)動方式，與傳統(tǒng)電磁驅(qū)動相比，具有結(jié)構(gòu)多樣、定位精度高、分辨力高、斷電自鎖、無電磁干擾、響應速度快、低速大推力/力矩、易于實現(xiàn)直線和多自由度驅(qū)動等優(yōu)點，是目前常用一種精密驅(qū)動方式。
[0003]目前成熟的壓電驅(qū)動一般通過兩個或者多個定子固有振動的組合實現(xiàn)驅(qū)動齒或驅(qū)動足處橢圓軌跡振動的激勵，進而通過定子和動子之間的摩擦耦合實現(xiàn)動子致動。目前已經(jīng)有很多新結(jié)構(gòu)的足式壓電驅(qū)動器被提出，但是他們普遍采用單足或者雙足實現(xiàn)驅(qū)動，由于驅(qū)動足數(shù)量有限，存在輸出不穩(wěn)定、預壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜等問題；此外，目前壓電驅(qū)動器采用的定子振動大多屬于自由振動的范疇，多數(shù)采用薄壁環(huán)或者薄壁梁來實現(xiàn)彈性支撐和振動的隔離，實際工作過程中彈性環(huán)節(jié)存在高幅度振動，而且彈性環(huán)節(jié)的存在也不利于施加大的預壓力；另外，壓電驅(qū)動器一般工作在某一個共振模態(tài)，也就是只有一個最佳工作頻率，其工作頻率一般在共振頻率附近，這使得其工作頻率范圍較窄，不利于機械輸出特性的靈活調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有壓電驅(qū)動器存在輸出不穩(wěn)定、預壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、彈性支撐環(huán)節(jié)振動幅度大、預壓力施加復雜、工作頻率范圍窄、機械輸出特性調(diào)整不靈活的問題，提供了一種多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器。
[0005]本發(fā)明所述多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器，包括基座和η個彎曲換能器，其中，η為大于等于4的偶數(shù)，η個彎曲換能器對稱分布在基座的兩側(cè)；每個彎曲換能器包括第一壓電陶瓷組、第二壓電陶瓷組、螺柱、前端蓋、驅(qū)動足和電極片；前端蓋是截面逐漸變細的塊體，驅(qū)動足設(shè)置在前端蓋的窄端；第一壓電陶瓷組和第二壓電陶瓷組依次通過螺柱緊固在基座和前端蓋的寬端之間；η個彎曲換能器通過η個螺柱對稱固定在基座的兩側(cè)；第一壓電陶瓷組包括m個第一壓電陶瓷片，m為大于等于2的偶數(shù)，相鄰的兩個第一壓電陶瓷片之間設(shè)置有電極片；相鄰兩個第一壓電陶瓷片的極化方向相反;m個第一壓電陶瓷片沿彎曲換能器軸線方向極化；每個第一壓電陶瓷片均分為左區(qū)、第一中區(qū)和右區(qū)，左區(qū)和右區(qū)的極化方向相反，第一中區(qū)不極化；第二壓電陶瓷組包括k個第二壓電陶瓷片，k為大于等于2的偶數(shù)，相鄰的兩個第二壓電陶瓷片之間均設(shè)置有電極片；相鄰兩個第二壓電陶瓷片的極化方向相反；k個第二壓電陶瓷片沿彎曲換能器軸線方向極化；每個第二壓電陶瓷片均分為上區(qū)、第二中區(qū)和下區(qū)，上區(qū)和下區(qū)的極化方向相反，第二中區(qū)不極化。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明所述的多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)集成化和系列化；采用仿多足生物的多足驅(qū)動方式可實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出，且預壓系統(tǒng)較簡單；工作過程中安裝座與外部結(jié)構(gòu)固定連接，換能器工作在懸臂彎曲振動狀態(tài)，克服了薄壁構(gòu)件彈性支撐帶來的振幅大、預壓力提高受限等問題；此外，彎曲換能器可以基于一階彎振模態(tài)工作，也可以工作在其他高階彎振模態(tài)，這使得該驅(qū)動器具有多個工作頻率，極大程度的提高了其工作頻率范圍，也使其可以獲得更加豐富的機械輸出特性。本發(fā)明的多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、輸出穩(wěn)定、工作頻率范圍寬等突出優(yōu)點。
【附圖說明】
[0007]圖1是當n = 4、m = 4、k = 4時多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是圖1的俯視圖；
[0009]圖3是圖1中第一壓電陶瓷組的極化方向示意圖；
[0010]圖4是圖1中第二壓電陶瓷組的極化方向示意圖；
[0011]圖5是有兩個對稱彎曲換能器的一階水平彎曲振動的振型圖；
[0012]圖6是有兩個對稱彎曲換能器的一階豎直彎曲振動的振型圖；
[0013]圖7是有兩個對稱彎曲換能器的二階水平彎曲振動的振型圖；
[0014]圖8是有兩個對稱彎曲換能器的二階豎直彎曲振動的振型圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1-圖8說明本實施方式，本實施方式所述多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器，包括基座I和η個彎曲換能器2，其中，η為大于等于4的偶數(shù)，η個彎曲換能器2對稱分布在基座I的兩側(cè)；
[0016]每個彎曲換能器2包括第一壓電陶瓷組2-1、第二壓電陶瓷組2-2、螺柱2_3、前端蓋2_4、驅(qū)動足2_5和電極片2_6 ;前端蓋2_4是截面逐漸變細的塊體，驅(qū)動足2_5設(shè)置在前端蓋2-4的窄端；第一壓電陶瓷組2-1和第二壓電陶瓷組2-2依次通過螺柱緊固在基座I和前端蓋2-4的寬端之間；η個彎曲換能器2通過η個螺柱2_3對稱固定在基座I的兩側(cè)；
[0017]第一壓電陶瓷組2-1包括m個第一壓電陶瓷片2-1-1，m為大于等于2的偶數(shù)，相鄰的兩個第一壓電陶瓷片2-1-1之間設(shè)置有電極片2-6 ;相鄰兩個第一壓電陶瓷片2-1-1的極化方向相反;m個第一壓電陶瓷片2-1-1沿彎曲換能器2軸線方向極化；每個第一壓電陶瓷片2-1-1均分為左區(qū)2-1-1-1、第一中區(qū)2-1-1-2和右區(qū)2_1_1_3，左區(qū)2_1_1_1和右區(qū)2-1-1-3的極化方向相反，第一中區(qū)2-1-1-2不極化；
[0018]第二壓電陶瓷組2-2包括k個第二壓電陶瓷片2-2-1，k為大于等于2的偶數(shù)，相鄰的兩個第二壓電陶瓷片2-2-1之間均設(shè)置有電極片2-6 ;相鄰兩個第二壓電陶瓷片2-2-1的極化方向相反汰個二壓電陶瓷片2-2-1沿彎曲換能器2軸線方向極化；每個第二壓電陶瓷片2-2-1均分為上區(qū)2-2-1-1、第二中區(qū)2-2-1-2和下區(qū)2-2-1-3，上區(qū)2-2-1-1和下區(qū)2-2-1-3的極化方向相反，第二中區(qū)2-2-1-2不極化。
[0019]本發(fā)明的工作原理為:本發(fā)明所述的多工作模式復合型懸臂多足壓電驅(qū)動器在應用時，共需要2n相激勵信號，基座1、前端蓋2-4、第一壓電陶瓷組2-1中從一側(cè)數(shù)所有偶數(shù)電極片2-6以及第二壓電陶瓷組2-2中從一側(cè)數(shù)所有偶數(shù)電極片2-6均與驅(qū)動電源的公共端(即為激勵信號公共端)連接，第一壓電陶瓷組2-1中從一側(cè)數(shù)所有奇數(shù)電極片2-6與一相驅(qū)動信號連接，第二壓電陶瓷組2-2中從一側(cè)數(shù)所有奇數(shù)電極片2-6，與另一相驅(qū)動信號連接。
[0020]本發(fā)明的壓電驅(qū)動器可以基于以下兩種模式進行工作:
[0021]第一種模式:直流開關(guān)激勵微驅(qū)動模式，在該模式下，通過給第一壓電陶瓷組2-1施加正向或者負向直流激勵電壓，可以引起驅(qū)動足2-5水平方向彎曲，從而獲得驅(qū)動足2-5左右的水平方向位移；通過給第二壓電陶瓷組2-2施加正向或者負向直流激勵電壓，可以引起驅(qū)動足2-5豎直方向彎曲，從而獲得驅(qū)動足2-5上下的豎直方向位移；驅(qū)動足2-5水平方向的位移實現(xiàn)對動子的推動，豎直方向的位移則用于控制驅(qū)動足與動子的接觸狀態(tài)；每個驅(qū)動足2-5對動子的狀態(tài)均是一個“壓-推-離-退”的周期性過程，通過控制各個換能器上壓電陶瓷激勵信號之間的相位差，可以實現(xiàn)多足交替蠕動驅(qū)動；通過調(diào)整激勵電壓幅值，可以實現(xiàn)單次蠕動步距的精確調(diào)整，通過調(diào)整各壓電元件施加激勵信號的開關(guān)頻率可以實現(xiàn)輸出速度的調(diào)整；
[0022]第二種模式:高頻交