[发明专利]可双向驱动的X型结构共振式压电作动器及其作动方法

说明书

本发明公开了一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器及其作动方法，该作动器包括驱动轨道以及关于运动方向轴线对称的X型结构，及一组压电驱动元件。作动器以单相的正弦电压进行激励，激起驱动足的一阶共振模态，拨动驱动轨道以实现大行程直线驱动。作动器正向、负向驱动足具有不同的刚度特性，可以通过改变单相信号的频率选择激起某一方向驱动足的模态，以实现驱动方向的控制。相比于其他压电材料驱动的共振式作动器，本发明具有结构简单、驱动信号简单，易于微型化的特点。

技术领域

本发明涉及一种作动装置，具体为一种具有X型结构，采用共振式原理驱动，可以进行双向大行程直线位移的压电作动器及其作动方法。

背景技术

近年来压电驱动装置不断发展，支持了国防、航天，机械制造等重要工业的发展建设，也衍生出了品种繁多的压电作动装置，采用共振原理驱动的压电作动器，由于具有作动速度快，推重比大的特点，被人们所广泛关注。在所发表可双向驱动的共振式、超声式压电作动器中，多需要多组驱动元件、及多路驱动控制信号才能实现单个自由度上的双向运动，例如专利CN101420190，CN102355157，CN106160566，CN104485837当中，均采用了存在相位差的两相驱动信号，才能实现作动器驱动与驱动方向控制。存在驱动信号控制复杂，成本高，不利于微型化的问题。因此迫切需要一种使用单电信号激励，就能以共振式原理实现双向驱动的共振式驱动器。

发明内容

为了满足上述需求，本发明的目的在于提供一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器及其作动方法，使用一组压电陶瓷，与一路驱动控制信号，采用共振式驱动原理，实现双向作动控制，该作动器具有结构简单，作动速度快，驱动控制简单的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种可双向驱动的X型结构共振式压电作动器，包括第一驱动轨道1，与第一驱动轨道1平行的第二驱动轨道2，第一负向运动驱动足3，位于第一负向运动驱动足3端部与第一驱动轨道1相接触的第一负向运动接触足3-1，与第一负向运动驱动足3相对第一驱动轨道1和第二驱动轨道2中轴线对称布置的第二负向运动驱动足4，位于第二负向运动驱动足4端部与第二驱动轨道2相接触的第二负向运动接触足4-1，第一正向驱动足5，位于第一正向驱动足5端部与第一驱动轨道1相接触的第一正向驱动接触足5-1，与第一正向运动驱动足5相对第一驱动轨道1和第二驱动轨道2中轴线对称布置的第二正向运动驱动足6，位于第二正向运动驱动足6端部与轨道2相接触的第二正向驱动接触足6-1，安装在第一负向驱动足3与第一正向驱动足5之间的第一压电驱动元件7，安装在第二负向驱动足4与第二正向驱动足6之间的第二压电驱动元件8；所述第一负向驱动足3、第一正向驱动足5、第二负向驱动足4和第二正向驱动足6形成X型结构。

所述的X型结构共振式压电作动器，具有关于运动方向中轴线对称的几何结构，所述压电驱动元件7与压电驱动元件8也对称布置。

所述第一负向驱动足3、第二负向驱动足4具有相同的几何尺寸与负向驱动第一阶固有频率f1，第一正向驱动足5、第二正向驱动足正向驱动足6具有相同的几何尺寸与正向驱动第一阶固有频率f2，第一负向驱动足3和第二负向驱动足4相比第一正向驱动足5和第二正向驱动足正向驱动足6的刚性更大，负向驱动第一阶固有频率f1高于正向驱动第一阶固有频率f2；为减小驱动过程中结构沿非一阶模态方向形变产生的耦合影响，结构其他高阶固有模态，应高于f1及f2，且不为f1及f2的整数倍，减小共振驱动时的耦合运动。