基于惯性-摩擦原理的PZT驱动四自由度微驱动器的研究-光学精密工程.PDF

第9 卷　第2 期　 光学　精密工程 Vol. 9, No. 2 2 0 0 1 年 4 月 O P T IC S AN D PR EC IS ION EN G IN EER IN G A p r. , 200 1 ( ) 文章编号　1004924X 200 1 020 13504 基于惯性- 摩擦原理的 PZT 驱动四自由度微驱动器的研究 迟冬祥, 颜国正, 丁国清 (上海交通大学电子信息学院精密工程及智能微系统研究所, 上海　200030) 摘要: 提出了一种由PZT 驱动、基于惯性摩擦原理的四自由度驱动器方案, 在原理实验的基础上制作 了四自由度驱动器的原型, 并讨论了这一微驱动器的运动特点。实验证明: 这一原理应用于微驱动器是 可行的。压电陶瓷的通电频率处于 0 ～ 30000 时微驱动器的运动是线性可控的。同时, 也讨论了驱 H z H z 动器设计中应该注意的问题及其未来的研究方向。 关　键　词: 惯性; 压电陶瓷; 微驱动器 中图分类号: T P 242　　文献标识码: A 0. 02256 。文献[ 3 ]研制的用于抓取微小物体的 N 1　引　　言 微驱动器采用叠层 PZT 结构, 通过单级或两级杠 杆机构将运动加以放大。该驱动器的抓取范围是 　　微型机器人由于其在工业、化工、核能、军事、 01257 。目前广泛应用的超声马达, 也是利用 mm [4 ] 航天、宇宙探索、生物体内部等人所不及、人力所 了压电材料的逆压电效应 。 ( ) 限的微小以及危险的环境下潜在的应用前景, 已 由此可见, 上述研究大多局限于单维 轴 驱 经成为当前国际机电领域研究的热点之一。 动, 即: 或者绕轴向旋转, 或者沿轴向移动。然而, 微驱动器是微型机器人的重要组成部分, 是 在一些实际应用中往往需要多维驱动。比如, 为了 微型机器人技术的重要研究内容之一。传统的以 扩大CCD 的视野范围, 就需要使其具有多维扫描 电机加齿轮驱动、气动或液力传动的驱动方式, 由 的能力。为此, 利用压电陶瓷及相应机构研制的四 于其外形尺寸、力矩、速度等方面的问题很难适应 自由度微驱动器就适应了多维驱动的需要。 微型机器人驱动的要求, 从而新型驱动原理与装 置的研究和开发成为微型机器人实现的关键。新 2　四自由度微驱动器的动作原理 型功能材料技术的发展和制备技术的完善, 特别 是压电陶瓷(PZT ) 、形状记忆合金(SM A ) 等为新 　　压电陶瓷具有压电效应和逆压电效应, 能实 型微驱动器的研制提供了可能。 现机电能量的转换, 由于其压电常数大, 灵敏度 压电陶瓷以其尺寸小、响应速度快、能耗低等 高, 制造工艺成熟, 而得到