[发明专利]一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，其特征在于，包括基座、初始间隙调整单元、定子单元及动子单元；所述基座、初始间隙调整单元及定子单元自下而上依次固定连接，通过初始间隙调整单元调整定子单元沿X轴方向及Y轴方向的位置；所述定子单元固定在基座上且定子单元与动子单元位于同一水平平面；所述动子单元包括轴承、导轨及滑块，导轨固定在基座上，滑块滑动连接在导轨上，轴承固定在基座上；轴承沿Y轴方向与滑块紧密相切接触，轴承外圈在定子单元的驱动下产生外摆线运动，进而带动滑块产生相应的爆裂运动。

2.如权利要求1所述的一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，其特征在于，所述定子单元包括双足柔性铰链、钳位压电叠堆、驱动压电叠堆以及开环压电控制器，所述双足柔性铰链包括固定架、驱动脚、钳位脚；所述驱动脚、钳位脚分别布置在固定架内，驱动脚与所述轴承外圈沿Y方向相切接触，钳位脚与轴承外圈沿X方向相切接触，钳位压电叠堆安装在钳位脚中，驱动压电叠堆安装在驱动脚中；开环压电控制器分别与钳位压电叠堆及驱动压电叠堆电性连接，开环压电控制器激励钳位脚和驱动脚交替伸缩，并诱导轴承外圈产生外摆线运动。

3.如权利要求2所述的一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，其特征在于，所述驱动脚设置在双足柔性铰链的右上方，其一端与固定架相连，另一端与轴承外圈沿Y方向相切接触；所述钳位脚设置在双足柔性铰链的左下方，其与固定架相连并与轴承外圈沿X方向相切接触。

4.如权利要求2所述的一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，其特征在于，所述开环压电控制器型号为MDT693B。

5.如权利要求2所述的一种基于外摆线诱导原理的压电驱动器，其特征在于，所述轴承外摆线运动的诱导过程为：

轴承内、外滚道的直径d_i、d_o由下式计算：

式中，d_i和d_o分别为内、外滚道的直径；d_c为滚动体组的平均直径；d_r为滚动体直径；c_r为轴承的径向游隙；

在初始状态下，滚动体组的外包络圆与外滚道接触于点P₁，起始偏转角θ₀＝0；

当外滚道沿滚动体组的外包络圆外侧无滑动地滚动时，二者的接触点不断变化，以点P₂表示某一时刻的接触点，则外滚道的外摆线运动分解为如下的平动运动和转动运动；

在平动运动过程中，将外滚道视为沿路径P₁P′₁做平动运动，平动运动的运动方程为：

其中，x_p、y_p为外滚道的平动运动沿X轴、Y轴方向的分量，c_r为轴承的径向游隙，θ₀＝0为外摆线运动的起始偏转角，θ＝∠P₁O_iP₂为外摆线运动的终止偏转角；

在转动运动中，将外滚道视为以点O_o为转动中心转过一个角度θ′，转动运动的运动方程为：

其中，θ′＝∠P′₁O_oP″₁为外滚道在外摆线运动中转过的角度，d_o为轴承的外滚道直径；

因此，以点O_i为坐标原点，同时考虑到初始接触点P₁在坐标系中的位置为(0,0.5d_o)，联立平动运动和转动运动的运动方程，推导出外滚道的外摆线运动方程为：

当轴承与滑块紧密相切接触之后，外滚道的外摆线运动将会诱导滑块产生相应的爆裂运动，在平动运动中，滑块与外滚道保持同步运动，在转动运动中，外滚道的旋转角度θ′转化为滑块沿X方向的线性位移l，线性位移l表示如下：

l＝0.5dθ′

其中，d是轴承的公称直径，同时也是转动运动的旋转直径；

联立上述方程，同时考虑到滑块相对于点O_i的位置为(0,0.5d)，则所诱导出的滑块的爆裂运动表示如下：

其中，l为在外滚道的转动运动中由旋转角度θ′所转化的滑块沿X方向的线性位移。