自行式直線壓電驅(qū)動(dòng)器的研究及其在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的應(yīng)用.pdf

1、直線壓電驅(qū)動(dòng)器具有響應(yīng)快、定位精度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，無需運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能直接實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)，在精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。課題組針對現(xiàn)有平面三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工工藝要求高等問題，提出了一種基于直線壓電驅(qū)動(dòng)器構(gòu)建的自行式平面三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，旨在簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并降低對基礎(chǔ)平臺(tái)表面質(zhì)量的要求。利用壓電疊堆構(gòu)建了自行式平面三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)單元，主要研究內(nèi)容包括：
　　1.針對現(xiàn)有直線驅(qū)動(dòng)器存在著諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)行

2、程和定位精度無法兼顧、成本高等問題，提出了一種自行式直線壓電驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案。該驅(qū)動(dòng)器采用壓電疊堆激勵(lì)，工作在非共振狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)三個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的激勵(lì)信號，驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度的雙向直線運(yùn)動(dòng)。
　　2.介紹了自行式直線壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及工作原理。分析了驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)信號周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程，基于靜力學(xué)模型推導(dǎo)了運(yùn)動(dòng)足的位移響應(yīng)，得到了運(yùn)動(dòng)足輸出位移和驅(qū)動(dòng)單元輸入位移的關(guān)系。建立了系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)方向上的動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器步

3、進(jìn)和滑動(dòng)兩種工作模式。分析了信號激勵(lì)方式對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能的影響，發(fā)現(xiàn)采用簡諧函數(shù)聯(lián)接線性函數(shù)的信號激勵(lì)方式可以改善驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)性能。
　　3.建立了實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，對原理樣機(jī)的步距、速度、負(fù)載特性進(jìn)行了測評。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)器的綜合運(yùn)動(dòng)性能較好，緩解了大行程、高精度、高速度的矛盾。驅(qū)動(dòng)器最大輸出推力為25N，運(yùn)行速度可達(dá)1.5mm/s，分辨率可達(dá)7nm。
　　4.基于自行式直線壓電驅(qū)動(dòng)器構(gòu)建了一種平面三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。分析了平