为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题, 本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理, 实现双向大推力作动。结构上, 将两个压电叠堆对称布局, 梯形丝杠螺母组成螺旋箝位, 匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理, 设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构; 而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素, 为了准确地表达箝位的可靠性, 研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系, 并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233 mm, 最大外径为63 mm, 质量为1.1 kg。搭建样机的测试系统, 试验表明: 该作动器的最大输出力可达190 N, 最高速度可达2.58 mm/s, 行程为60 mm。

为满足微纳操作系统对精密驱动技术的需求, 本文提出了一种基于黏滑原理的小型精密运动平台。该平台将柔性铰链、惯性质量块以及弹性元件结合为独立的定子基座, 并与压电叠堆、陶瓷球固连为定子, 安装在平台基座底部, 通过螺钉调节弹性元件端部垂直方向的位置, 就可以改变定子与移动台间的预压力, 进而获得最佳的驱动力。为研究黏滑驱动的运动机理, 分析各参数对平台运动的影响, 进行了力学建模; 而摩擦力作为黏滑驱动的关键因素, 为了能准确地表达黏滑驱动的摩擦机理, 在力学建模中引入了LuGre摩擦模型, 并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真分析。设计加工的黏滑驱动平台的整体尺寸为40 mm×40 mm×18 mm, 质量为32 g。试验表明: 该平台最小可实现10 nm的运动步长, 速度最高可达2.5 mm/s, 行程为22 mm。