[发明专利]一种两自由度双定子球形压电作动器及其控制方法

权利要求书

1.一种两自由度双定子球形压电作动器，包含定子和球形转子（3），其特征在于：

所述定子包含上振子（2）和下振子（4）；

所述上振子（2）和下振子（4）结构相同，均包含圆环结构（7）、两根横梁（5）和四片压电薄膜（1），其中，两根横梁（5）的一端均与所述圆环结构的内侧壁固定相连、轴线均指向所述圆环结构（7）的圆心，且两根横梁（5）的轴线在同一直线上，四片压电薄膜（1）分别对称设置在所述两根横梁（5）的上下表面，沿厚度方向极化，且两根横梁（5）上下表面设置的压电薄膜（1）的极化方向相反；

所述上振子（2）和下振子（4）平行，且上振子（2）两根横梁（5）所在的直线与下振子（4）两根横梁（5）所在的直线垂直；

所述上振子（2）两根横梁（5）接近圆环结构（7）圆心的一端、以及下振子（4）两根横梁（5）接近圆环结构（7）圆心的一端均与球形转子（3）的表面相接，将球形转子（3）固定在其包含的空间中。

2.根据权利要求1所述的两自由度双定子球形压电作动器，其特征在于，所述上振子（2）、下振子（4）的圆环结构（7）上均设有若干用于和外部固定相连的通孔。

3.根据权利要求1所述的两自由度双定子球形压电作动器，其特征在于，所述四片压电薄膜（1）分别设置在两根横梁（5）上下表面振动时最大位移所在处。

4.根据权利要求1所述的两自由度双定子球形压电作动器，其特征在于，所述上振子（2）和下振子（4）中的压电薄膜（1）均通过镀层的方式设置在横梁（5）上。

5.基于权利要求1所述的两自由度双定子球形压电作动器的控制方法，令下振子（4）横梁所在的直线为X轴，上振子（2）中横梁所在的直线为Y轴，其特征在于，控制球形转子（2）绕X轴转动的具体方法如下：

当需要驱动球形转子（3）绕X轴进行正向转动时：

步骤A.1）,对上振子（2）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁（5）上表面的压电薄膜（1）上的电信号具有π相位差；

步骤A.2），对下振子（4）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（1）上的电信号相同，同时使得该电信号与上振子两根横梁（5）上表面压电薄膜（1）上施加的电信号具有π/2相位差；

当需要驱动球形转子（3）绕X轴进行反向转动时：

步骤B.1），对上振子（2）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁（5）上表面的压电薄膜（1）上的电信号具有-π相位差；

步骤B.2），对下振子（4）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（1）上的电信号相同，同时使得该电信号与上振子两根横梁（5）上表面压电薄膜（1）上施加的电信号具有-π/2相位差。

6.基于权利要求5所述的两自由度双定子球形压电作动器的控制方法，其特征在于，控制球形转子（2）绕Y轴转动的具体方法如下：

当需要驱动球形转子（3）绕Y轴进行正向转动时：

步骤C.1）,对下振子（4）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁（5）上表面的压电薄膜（1）上的电信号具有π相位差；

步骤C.2），对上振子（2）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（1）上的电信号相同，同时使得该电信号与下振子两根横梁（5）上表面压电薄膜（1）上施加的电信号具有π/2相位差；

当需要驱动球形转子（3）绕Y轴进行反向转动时：

步骤D.1），对下振子（4）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁（5）上表面的压电薄膜（1）上的电信号具有-π相位差；

步骤D.2），对上振子（2）两根横梁（5）上下表面的压电薄膜（1）分别施加两相具有-π相位差的电信号，并且使得两根横梁上表面的压电薄膜（1）上的电信号相同，同时使得该电信号与下振子两根横梁（5）上表面压电薄膜（1）上施加的电信号具有-π/2相位差。