双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法与流程

本发明涉及一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术：

由于微纳米科技的迅速发展，传统的宏观大尺寸驱动装置，如普通电机、齿轮传动、丝杠螺母、蜗轮蜗杆等已很难满足现代科技的精度要求。各类精密超精密加工与测量技术、微机电系统、精密光学、半导体制造、现代医学与生物遗传工程、航空航天、机器人、军事技术等高尖端的科学技术领域都迫切需要亚微米级、微纳米级的精密驱动马达。压电材料逆压电效应的发现及具有优越性能的压电陶瓷材料的出现使得压电精密马达的研究得到了广泛关注，并在精密驱动领域显示出了广泛的应用前景。

由于压电叠堆体积小、频响高、发热少、输出力大、无噪声、性能稳定等优点，精密加工与定位技术中广泛采用基于压电叠堆驱动源的新型高精度驱动马达。传统的驱动马达往往存在结构复杂、载荷输出小，运动稳定性差等缺点，因此，设计一种结构简单、负载能力强，且运动稳定的微纳米级粘滑惯性驱动马达是十分有必要的。

技术实现要素：

为解决传统的驱动马达存在的结构复杂、载荷输出小，运动稳定性差等问题，本发明公开了一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法。

本发明所采用的技术方案：

所述双定子固定式压电惯性驱动器包括斜拉式定子组件、动子组件、滑动凸台、微位移调节装置和底座。其中，两个以压电叠堆为驱动源的斜拉式定子组件并联固定在底座上，动子组件安装在滑动凸台上，滑动凸台安装在底座上，微位移调节装置安装在底座上。

所述斜拉式定子组件包括方形垫片、铰链固定螺栓、基米螺钉、矩形结构铰链和压电叠堆；所述方形垫片和基米螺钉将压电叠堆固定在矩形结构铰链内；所述铰链固定螺栓固定安装矩形结构铰链；所述动子组件为双列交叉滚柱导轨；所述矩形结构铰链可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料；所述矩形结构铰链两侧设置有几何形柔性铰链；所述矩形结构铰链后端部设置有铰链固定螺栓安装孔，通过铰链固定螺栓与铰链安装螺纹孔的螺纹连接将矩形结构铰链直接固定在滑动凸台上；所述矩形结构铰链尾部设置有基米螺钉安装螺纹孔，基米螺钉安装在基米螺钉安装螺纹孔内；所述矩形结构铰链设置有垫片限位槽；所述矩形结构铰链两侧设置有刚性连接梁，所述同侧的几何形柔性铰链通过刚性连接梁进行连接；所述矩形结构铰链顶部设置有半圆形驱动足；所述矩形结构铰链前端部设置有斜拉式运动转换梁，所述斜拉式运动转换梁由直梁和斜梁组成。

所述动子组件包括固定导轨、外围装置安装螺纹孔、活动导轨、限位螺栓、导轨安装孔、导轨固定螺栓和滚柱保持架组件；所述外围装置安装螺纹孔可与外围装置连接；所述滚柱保持架组件分别与活动导轨和固定导轨接触；所述限位螺栓安装与固定导轨和活动导轨两端；所述导轨安装孔通过导轨固定螺栓与导轨安装螺纹孔螺纹连接将固定导轨固定在滑动凸台的导轨安装平面上。

所述滑动凸台包括导轨安装螺纹孔、导轨安装平面、微位移调节装置凹槽、上限位螺钉、支撑架、上弹簧固定螺栓和上滑动轨道；所述导轨安装螺纹孔与导轨固定螺栓螺纹连接；所述导轨安装平面固定安装动子组件在滑动凸台上；所述微位移调节装置凹槽与顶端解耦球头接触；所述上限位螺钉安装在上滑动轨道的两端；所述支撑架与滑动凸台安装平面接触；所述上弹簧固定螺栓配合下弹簧固定螺栓安装弹簧；所述上滑动轨道与球形滑动导轨接触。

所述微位移调节装置包括手动调节螺杆和解耦球头；所述手动调节螺杆的外螺纹与微位移调节装置安装螺纹孔的内螺纹进行螺纹连接配合；所述解耦球头与微位移调节装置凹槽接触。

所述底座包括下弹簧固定螺栓、弹簧、滑动凸台安装平面、铰链限位凸台、铰链安装平面、铰链安装螺纹孔、下限位螺钉、球形滑动导轨、垫块、底座安装孔、下滑动轨道和微位移调节装置安装螺纹孔；所述下弹簧固定螺栓配合上弹簧固定螺栓安装弹簧；所述滑动凸台安装平面与支撑架接触；所述铰链限位凸台限定斜拉式定子组件的安装位置；所述铰链安装平面和铰链安装螺纹孔固定安装斜拉式定子组件；所述下限位螺钉安装在下滑动轨道的两端；所述球形滑动导轨在上滑动轨道与下滑动轨道组成的滑轨内移动；所述垫块可与其他外围装置进行接触；所述底座安装孔可与其他外围装置进行固定安装；所述下滑动轨道与球形滑动导轨接触；所述微位移调节装置安装螺纹孔与微位移调节装置螺纹连接。

所述几何形柔性铰链可选用直圆形柔性铰链、直梁-倒角形铰链、椭圆形柔性铰链、V形柔性铰链、直圆-倒角形柔性铰链、直圆-椭圆形柔性铰链、双曲线形柔性铰链或抛物线形柔性铰链，所述直圆形柔性铰链的高度为a1，铰链厚度为b1，直圆半径为c1，其中b1<a1且2c1<a1；所述直梁-倒角形铰链的高度为a2，铰链厚度为b2，直梁长度为c2，其中b2<a2且c2<a2；所述椭圆形柔性铰链的高度为a3，椭圆短轴长为2b3，椭圆长轴长为2c3，铰链厚度为d3，其中b3、c3满足：x²/c3²+y²/b3²=1且(c3>b3>0)，d3<a3；所述V形柔性铰链的高度为a4，铰链厚度为b4，铰链宽度为c4，V形角的角度为d4，其中b4<a4，c4<a4且0^o<d4<180^o；所述直圆-倒角形柔性铰链的高度为a5，铰链厚度为b5，铰链宽度为c5，直圆半径为d5，其中b5<a5，c5<a5且d5<c5；所述直圆-椭圆形柔性铰链的高度为a6，柔性铰链厚度为c6，椭圆短轴长为2b6，椭圆长轴长为2d6，直圆半径为e6，其中b6、d6满足x²/b6²+y2/d6²=1且(b6>d6>0)，c6<a6，2e6<a6；所述抛物线形柔性铰链的高度为a7，抛物线的焦准距为b7，铰链宽度为c7，铰链厚度为d7，其中b7满足：y²=4b7x，c7<a7，d7<a7；所述双曲线形柔性铰链的高度为a8，铰链宽度为c8，双曲线实轴长为2b8，虚轴长为2d8，其中c8<a8且b8、d8满足：x²/b8²-y²/d8²=1；所述垫片限位槽宽度为B，方形垫片宽度为C，其中B=（C+1）mm；所述两个刚性连接梁之间的距离为P，其中P的取值范围为10~15mm；所述半圆形驱动足的厚度为N，其中N的取值范围为6~9mm，所述半圆形驱动足端面相应涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料；所述直梁的长度为L，所述斜梁的长度为Q，直梁与斜梁的夹角为Ɵ，其中L的取值范围为5~8mm，Q的取值范围为8~15mm，Ɵ的取值范围为20^o~70^o。

另外，为了达到上述目的，本发明提供了一种双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法，该驱动方法基于所述一种双定子固定式压电惯性驱动器实现；所述驱动方法主要是在非对称电信号激励下，若同时将两组对称性为D1的电信号分别输入两个斜拉式定子组件，其中，对称性D1的取值范围为51~99%，可显著增大动子组件的正向输出推力；若同时将两组对称性为D2的电信号分别输入两个斜拉式定子组件，其中，对称性D2的取值范围为1~49%，可显著增大动子组件的反向输出推力；若同时将一组对称性为D1，另一组对称性为D2的电信号分别输入两个斜拉式定子组件，可实现动子组件运动过程中的精确急停。

所述非对称波电信号包括：锯齿波电信号、幂函数波电信号、梯形波电信号、非对称方波电信号或其任意两种信号组合。

本发明的有益效果：

本发明的斜拉式定子组件由于采用斜拉式运动转换梁结构，使得斜拉式定子组件沿轴向刚度分布不均匀，激发斜拉式定子组件驱动端产生侧向位移，调整斜拉式定子组件与动子组件间接触的正压力，增加了斜拉式定子组件与动子组件间的摩擦驱动力，减小了斜拉式定子组件与动子组件间的摩擦阻力，综合调控斜拉式定子组件与动子组件间的摩擦力，降低位移回带率，实现对压电粘滑水平式驱动装置整个驱动过程的摩擦力的综合调控；同时在非对称电信号激励下，通过将不同组合的非对称电信号输入两个斜拉式定子组件，可实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式，进而显著提升压电粘滑直线马达机械输出特性，开环条件下可达到纳米级定位精度、毫米级运动行程。与当前已有技术相比，具有结构简单、负载能力强，且运动稳定等特点。

附图说明

图1所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的结构示意图；

图2所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的斜拉式定子组件结构示意图；

图3所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的矩形结构铰链机构示意图；

图4所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的可采用的柔性铰链示意图；

图5所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的矩形结构铰链机构的局部放大结构示意图；

图6所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的动子组件结构示意图；

图7所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的滑动凸台结构示意图Ⅰ；

图8所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的滑动凸台结构示意图Ⅱ；

图9所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的微位移调节装置结构示意图；

图10所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的底座结构示意图；

图11所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的非对称电信号驱动波形示意图；

图12所示为本发明提出的一种双定子固定式压电惯性驱动器的驱动方法的不同组合激励信号波形及其运动原理示意图；

图13所示为本发明提出的一种斜拉式定子组件背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器的结构示意图；

图14所示为本发明提出的一种斜拉式定子组件背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法的不同组合激励信号波形及其运动原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1~图11说明本实施方式，本实施方式提供了一种双定子固定式压电惯性驱动器的具体实施方式，所述一种双定子固定式压电惯性驱动器的具体实施方式表述如下：

所述一种双定子固定式压电惯性驱动器由斜拉式定子组件1、动子组件2、滑动凸台3、微位移调节装置4和底座5组成。

所述斜拉式定子组件1包括方形垫片1-1、铰链固定螺栓1-2、基米螺钉1-3、矩形结构铰链1-4和压电叠堆1-5。所述方形垫片1-1和基米螺钉1-3将压电叠堆1-5固定在矩形结构铰链1-4内。所述压电叠堆1-5可采用PI或NEC公司的产品。所述方形垫片1-1采用钨钢材料，目的是保护压电叠堆1-5，防止其产生切应变或局部受力不均，具体地，选取方形垫片1-1的厚度b为1~2.5mm时效果最佳，本实施方式中方形垫片1-1的厚度为1.5mm。所述铰链固定螺栓1-2用于矩形结构铰链1-4的安装固定。所述矩形结构铰链1-4由几何形柔性铰链1-4-1、铰链固定螺栓安装孔1-4-2、基米螺钉安装螺纹孔1-4-3、垫片限位槽1-4-4、刚性连接梁1-4-5、半圆形驱动足1-4-6和斜拉式运动转换梁1-4-7组成。所述矩形结构铰链1-4可采用5025铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料，本实施方式中矩形结构铰链1-4采用7075铝合金材料。所述矩形结构铰链1-4两侧设置有几何形柔性铰链1-4-1，所述几何形柔性铰链1-4-1可选用直圆形柔性铰链、直梁倒角形铰链、椭圆形柔性铰链、V形柔性铰链、直圆-倒角形柔性铰链、直圆-椭圆形柔性铰链、双曲线形柔性铰链或抛物线形柔性铰链；所述直圆形柔性铰链的高度为a1，铰链厚度为b1，直圆半径为c1，其中b1<a1且2c1<a1；所述直梁倒角形铰链的高度为a2，铰链厚度为b2，直梁长度为c2，其中b2<a2且c2<a2；所述椭圆形柔性铰链的高度为a3，椭圆短轴长为2b3，椭圆长轴长为2c3，铰链厚度为d3，其中b3、c3满足：x²/c3²+y²/b3²=1且(c3>b3>0)，d3<a3；所述V形柔性铰链的高度为a4，铰链厚度为b4，铰链宽度为c4，V形角的角度为d4，其中b4<a4，c4<a4且0^o<d4<180^o；所述直圆-倒角形柔性铰链的高度为a5，铰链厚度为b5，铰链宽度为c5，直圆半径为d5，其中b5<a5，c5<a5且d5<c5；所述直圆-椭圆形柔性铰链的高度为a6，柔性铰链厚度为c6，椭圆短轴长为2b6，椭圆长轴长为2d6，直圆半径为e6，其中b6、d6满足x²/b6²+y2/d6²=1且(b6>d6>0)，c6<a6，2e6<a6；所述抛物线形柔性铰链的高度为a7，抛物线的焦准距为b7，铰链宽度为c7，铰链厚度为d7，其中b7满足：y²=4b7x，c7<a7，d7<a7；所述双曲线形柔性铰链的高度为a8，铰链宽度为c8，双曲线实轴长为2b8，虚轴长为2d8，其中c8<a8且b8、d8满足：x²/b8²-y²/d8²=1。本实施方式中所述几何形柔性铰链1-4-1选用椭圆形柔性铰链，其中a3=6mm，b3=1mm，c3=2mm，d3=0.5mm。所述矩形结构铰链1-4后端部设置有铰链固定螺栓安装孔1-4-2，通过铰链固定螺栓1-2与铰链安装螺纹孔5-6的螺纹连接实现矩形结构铰链1-4在滑动凸台3上的直接固定。所述矩形结构铰链1-4尾部设置有基米螺钉安装螺纹孔1-4-3，基米螺钉1-3通过基米螺钉安装螺纹孔1-4-3实现对压电叠堆1-5的轴向预紧。所述矩形结构铰链1-4设置有垫片限位槽1-4-4，垫片限位槽1-4-4宽度为B，方形垫片1-1宽度为C，其中B=（C+1）mm，本实施方式中B=7mm，C=6mm。所述矩形结构铰链1-4两侧设置有刚性连接梁1-4-5，所述同侧的几何形柔性铰链1-4-1通过刚性连接梁1-4-5进行连接。所述两个刚性连接梁1-4-5之间的距离为P，其中P的取值范围为10~15mm，本实施方式中P=11.5mm。所述矩形结构铰链1-4顶部设置有半圆形驱动足1-4-6，所述半圆形驱动足1-4-6的厚度为N，活动导轨2-3的厚度为M，其中N<M可以保证有效接触面积，提高传动效率，其中N的取值范围为6~9mm，M=（N+2）mm，本实施方式中N=6mm，M=8mm。所述半圆形驱动足1-4-6端面相应涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料，所述半圆形驱动足1-4-6驱动动子组件2作直线运动。所述矩形结构铰链1-4前端部设置有斜拉式运动转换梁1-4-7，所述斜拉式运动转换梁1-4-7由直梁1-4-7-1和斜梁1-4-7-2组成，所述直梁1-4-7-1的长度为L，所述斜梁1-4-7-2的长度为Q，直梁1-4-7-1与斜梁1-4-7-2的夹角为Ɵ，其中L的取值范围为5~8mm，Q的取值范围为8~15mm，Ɵ的取值范围为20^o~70^o，本实施方式中L=9mm，Q=13mm，Ɵ=55^o。所述斜拉式运动转换梁1-4-7使斜拉式定子组件1的半圆形驱动足1-4-6因轴向刚度分布不均而产生侧向位移，增大缓慢变形驱动阶段时的摩擦驱动力，减少快速变形驱动阶段时的摩擦阻力，可实现对摩擦力的综合调控。

所述动子组件2为双列交叉滚柱导轨，所述动子组件2包括固定导轨2-1、外围装置安装螺纹孔2-2、活动导轨2-3、限位螺栓2-4、导轨安装孔2-5、导轨固定螺栓2-6和滚柱保持架组件2-7。所述外围装置安装螺纹孔2-2可与外围装置连接。所述活动导轨2-3与斜拉式定子组件1接触端面涂有陶瓷类或玻璃纤维类摩擦材料。所述滚柱保持架组件2-7分别与活动导轨2-3和固定导轨2-1接触。所述限位螺栓2-4用于活动导轨2-3的运动限位。所述导轨安装孔2-5通过导轨固定螺栓2-6与导轨安装螺纹孔3-1螺纹连接将固定导轨2-1固定在滑动凸台3的导轨安装平面3-2上。

所述滑动凸台3可采用不锈钢材料，所述滑动凸台3包括导轨安装螺纹孔3-1、导轨安装平面3-2、微位移调节装置凹槽3-3、上限位螺钉3-4、支撑架3-5、上弹簧固定螺栓3-6和上滑动轨道3-7。所述导轨安装螺纹孔3-1与导轨固定螺栓2-6螺纹连接。所述导轨安装平面3-2用于动子组件2在滑动凸台3上的安装固定。所述微位移调节装置凹槽3-3与微位移调节装置4接触，该凹槽用于微位移调节装置4顶端解耦球头4-2的运动限位。所述上限位螺钉3-4安装在上滑动轨道3-7的两端，用于球形滑动导轨5-8的运动限位，避免其滑出上滑动轨道3-7。所述支撑架3-5与滑动凸台安装平面5-3接触，用于支撑滑动凸台3。所述上弹簧固定螺栓3-6配合下弹簧固定螺栓5-1用于弹簧5-2的安装固定。所述上滑动轨道3-7与球形滑动导轨5-8接触，用于滑动凸台3的滑动。

所述微位移调节装置4包括手动调节螺杆4-1和解耦球头4-2。所述手动调节螺杆4-1采用高合金钢材料。所述手动调节螺杆4-1的外螺纹与微位移调节装置安装螺纹孔5-12的内螺纹进行螺纹连接配合，通过调节手动调节螺杆4-1可实现螺旋运动。利用解耦球头4-2进行运动解耦，解耦球头4-2推动滑动凸台3沿上滑动轨道3-7和下滑动轨道5-11组成的滑轨直线运动，完成斜拉式定子组件1的移动。

所述底座5可采用不锈钢材料，所述底座5包括下弹簧固定螺栓5-1、弹簧5-2、滑动凸台安装平面5-3、铰链限位凸台5-4、铰链安装平面5-5、铰链安装螺纹孔5-6、下限位螺钉5-7、球形滑动导轨5-8、垫块5-9、底座安装孔5-10、下滑动轨道5-11和微位移调节装置安装螺纹孔5-12。所述下弹簧固定螺栓5-1配合上弹簧固定螺栓3-6用于弹簧5-2的安装固定。所述弹簧5-2用于滑动凸台3的回程移动。所述滑动凸台安装平面5-3与支撑架3-5接触。所述铰链限位凸台5-4用于限定斜拉式定子组件1的安装位置，可快速完成斜拉式定子组件1的固定安装。所述铰链安装平面5-5和铰链安装螺纹孔5-6用于斜拉式定子组件1的固定安装。所述下限位螺钉5-7安装在下滑动轨道5-11的两端，用于球形滑动导轨5-8的运动限位。所述球形滑动导轨5-8在上滑动轨道3-7与下滑动轨道5-11组成的滑轨内移动。所述垫块5-9可与其他外围装置进行接触，具有减震、防滑的作用。所述底座安装孔5-10可与其他外围装置进行固定安装。所述下滑动轨道5-11与球形滑动导轨5-8接触，用于滑动凸台3的滑动。所述微位移调节装置安装螺纹孔5-12与微位移调节装置4螺纹连接，通过微位移调节装置4的旋进长度可调节滑动凸台3的位置，实现微位移调节装置4对预紧力的调节。

具体实施方式二：结合图11~12说明本实施方式，本实施方式提出了一种双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法的具体实施方式，所述一种双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法表述如下：

双定子固定式压电惯性驱动器的驱动方法可分为输出加强型和运动急停型，主要是所述双定子固定式压电惯性驱动器采用斜拉式运动转换器1-4-7结构，使得斜拉式定子组件1沿轴向刚度分布不均匀而产生侧向位移，调整斜拉式定子组件1与动子组件2之间接触的正压力，进而调控斜拉式定子组件1与动子组件2之间的摩擦力；同时，在不同组合的非对称电信号激励下，实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式，综合提升压电粘滑直线马达机械输出特性。所述一种非对称波电信号包括：锯齿波电信号、幂函数波电信号、梯形波电信号、非对称方波电信号或其任意两种信号组合。本实施方式中非对称波电信号选用锯齿波电信号。

所述输出加强型驱动方法可具体为正向输出加强型和反向输出加强型。其中，结合图12（a）说明，所述输出加强型的正向输出加强型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（a）内的两组对称性均为51%~99%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为90%，分别将其输入两个斜拉式定子组件1，可使斜拉式定子组件1产生正向输出推力，且其输出推力提升1倍以上，输出速度提升1倍以上，输出效率提升1倍以上。其具体运动过程如下：

第一步：t0为初始时刻，此时两个斜拉式定子组件1的压电叠堆1-5均不供电，矩形结构铰链1-4呈现自由状态，活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6接触，静止不动；

第二步：t0到t1时刻，两组激励信号均为锯齿波缓慢上升沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压缓慢增大而慢速伸长一定距离，由于压电叠堆1-5嵌入矩形结构铰链1-4内部，故矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，增大半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3之间的最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止。又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，此运动的两个斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生ΔX位移，且ΔX>2Δx；

第三步：t1到t2时刻，两组激励信号均为锯齿波急剧下降沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压急剧下降而迅速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生迅速回退运动，此时半圆形驱动足1-4-6在y方向的回退运动不再挤压活动导轨2-3，减小了与活动导轨2-3直接的正压力，使得两者之间更容易发生滑移现象，同时也减小了半圆形驱动足1-4-6在x方向的回退运动对活动导轨2-3的干扰，保证了“滑”阶段的滑移现象更加高效的发生，有效地减小了活动导轨2-3回撤时在x负方向上的微小位移量Δl，增大了斜拉式定子组件1的步长；

活动导轨2-3最终的位移为Δs=ΔX-Δl，（Δs>0）；

第四步：反复依次进行第二步到第三步的过程，斜拉式定子组件1将在x正方向上连续步进运动。

结合图12（b）说明，所述输出加强型的反向输出加强型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（b）内的两组对称性均为1%~49%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为10%，分别将其输入两个压电叠堆1-5，可使斜拉式定子组件1产生反向输出推力，且其输出推力提升1倍以上，输出速度提升1倍以上，输出效率提升1倍以上。其具体运动过程如下：

第一步：t0为初始时刻，此时两个斜拉式定子组件1的压电叠堆1-5均不供电，矩形结构铰链1-4呈现自由状态，活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6接触，静止不动；

第二步：t0到t1时刻，两组激励信号均为锯齿波急剧上升沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压急剧增大而迅速伸长一定距离，由于压电叠堆1-5嵌入矩形结构铰链1-4内部，故矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，而半圆形驱动足1-4-6的加速度远大于滑动导轨的加速度，则更易产生“滑”阶段的滑移现象，即滑动导轨的位移量远小于半圆形驱动足1-4-6的位移量，此运动的两个斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δl位移，且Δl<Δx；

第三步：t1到t2时刻，两组激励信号均为锯齿波缓慢下降沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压缓慢下降而慢速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生慢速回退运动，而此时半圆形驱动足1-4-6与滑动导轨间存在最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止，半圆形驱动足1-4-6回退至初始状态，在x负方向上的位移量为Δx，此运动的两个斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生ΔX位移，且ΔX>2Δx；

活动导轨2-3最终的位移为Δs=Δl-ΔX，（Δs<0）；

第四步：反复依次进行第二步到第三步的过程，斜拉式定子组件1将在x负方向上连续步进运动。

结合图12（c）说明，所述运动急停型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（c）内的两组对称性分别为51%~99%和1%~49%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为90%和10%，分别将其输入两个压电叠堆1-5，可使其中一个斜拉式定子组件1产生正向输出推力，另一个斜拉式定子组件1产生反向输出推力，最终实现动子组件2运动过程中精确急停。其具体运动过程如下：

第一步：t0为初始时刻，此时两个斜拉式定子组件1的压电叠堆1-5均不供电，矩形结构铰链1-4呈现自由状态，活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6接触，静止不动；

第二步：t0到t1时刻，一组激励信号为锯齿波缓慢上升沿，一组激励信号为锯齿波迅速上升沿，此时间段内其中一个压电叠堆1-5随电压缓慢增大而慢速伸长一定距离，矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，增大半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3之间的最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止，又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，此运动的斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δx位移；

另一个压电叠堆1-5随电压急剧增大而迅速伸长一定距离，矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，而半圆形驱动足1-4-6的加速度远大于滑动导轨的加速度，则更易产生“滑”阶段的滑移现象，即滑动导轨的位移量远小于半圆形驱动足1-4-6的位移量，此运动的斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δl位移，且Δl<Δx；活动导轨2-3此时间段内的位移为Δx+Δl；

第三步：t1到t2时刻，一组激励信号为锯齿波急剧下降沿，一组激励信号为锯齿波缓慢下降沿，此时间段内其中一个压电叠堆1-5随电压急剧下降而迅速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生迅速回退运动，此时半圆形驱动足1-4-6在y方向的回退运动不再挤压活动导轨2-3，减小了与活动导轨2-3直接的正压力，使得两者之间更容易发生滑移现象，同时也减小了半圆形驱动足1-4-6在x方向的回退运动对活动导轨2-3的干扰，保证了“滑”阶段的滑移现象更加高效的发生，有效地减小了活动导轨2-3回撤时在x负方向上的微小位移量Δl；

另一个压电叠堆1-5随电压缓慢下降而慢速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生慢速回退运动，而半圆形驱动足1-4-6与滑动导轨存在最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，此运动的斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生Δx位移；

活动导轨2-3最终的位移为Δs=（Δx+Δl）-（Δl+Δx）=0；

第四步：反复依次进行第二步到第三步的过程，斜拉式定子组件1将实现运动中的精确急停。

具体实施方式三：结合图11、13、14说明本实施方式，本实施方式提出了一种斜拉式定子组件1背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法的具体实施方式，所述一种斜拉式定子组件背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器驱动方法表述如下：

斜拉式定子组件1背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器的驱动方法可分为输出加强型和运动急停型，主要是所述斜拉式定子组件背靠背安装的双定子固定式压电惯性驱动器采用斜拉式运动转换器1-4-7结构，使得斜拉式定子组件1沿轴向刚度分布不均匀而产生侧向位移，调整斜拉式定子组件1与动子组件2之间接触的正压力，进而调控斜拉式定子组件1与动子组件2之间的摩擦力；同时，在不同组合的非对称电信号激励下，实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式，综合提升压电粘滑直线马达机械输出特性。如图11所示，所述一种非对称波电信号包括：锯齿波电信号、幂函数波电信号、梯形波电信号、非对称方波电信号或其任意两种信号组合。本实施方式中非对称波电信号选用锯齿波电信号。

所述输出加强型驱动方法可具体为正向输出加强型和反向输出加强型。其中，结合图14（a）说明，所述输出加强型的正向输出加强型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（a）内的两组对称性分别为51%~99%和1%~49%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为90%和10%，将对称性为90%的锯齿波电信号输入左侧斜拉式定子组件1，将对称性为10%的锯齿波电信号输入右侧斜拉式定子组件1，可使斜拉式定子组件1产生正向输出推力，且其输出推力提升1倍以上，输出速度提升1倍以上，输出效率提升1倍以上。其具体运动过程如下：

第一步：t0为初始时刻，此时两个斜拉式定子组件1的压电叠堆1-5均不供电，矩形结构铰链1-4呈现自由状态，活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6接触，静止不动；

第二步：t0到t1时刻，对称性为90%的电信号为锯齿波缓慢上升沿，此时间段内左侧压电叠堆1-5随电压缓慢增大而慢速伸长一定距离，由于压电叠堆1-5嵌入矩形结构铰链1-4内部，故矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，增大半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3之间的最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止。又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，此运动中左侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δx位移；

对称性为10%的电信号为锯齿波急剧上升沿，此时间段内右侧压电叠堆1-5随电压急剧增大而迅速伸长一定距离，由于压电叠堆1-5嵌入矩形结构铰链1-4内部，故矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，而半圆形驱动足1-4-6的加速度远大于滑动导轨的加速度，则更易产生“滑”阶段的滑移现象，即滑动导轨的位移量远小于半圆形驱动足1-4-6的位移量，则此运动中右侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生Δl位移，且Δl<Δx；则最终活动导轨2-3在此时间段内的位移为Δx-Δl；

第三步：t1到t2时刻，对称性为90%的电信号为锯齿波急剧下降沿，此时间段内左侧压电叠堆1-5随电压急剧下降而迅速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生迅速回退运动，此时半圆形驱动足1-4-6在y方向的回退运动不再挤压活动导轨2-3，减小了与活动导轨2-3直接的正压力，使得两者之间更容易发生滑移现象，同时也减小了半圆形驱动足1-4-6在x方向的回退运动对活动导轨2-3的干扰，保证了“滑”阶段的滑移现象更加高效的发生，有效地减小了活动导轨2-3回撤时在x负方向上的微小位移量Δl，此运动中左侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生Δl位移；

对称性为10%的电信号为锯齿波缓慢下降沿，此时间段内右侧压电叠堆1-5随电压缓慢下降而慢速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生慢速回退运动，而半圆形驱动足1-4-6与滑动导轨存在最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx，此运动中右侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δx位移；

则最终活动导轨2-3的位移为Δs=2Δx-2Δl，（Δs>0）；

第四步：反复依次进行第二步到第三步的过程，斜拉式定子组件1将在x正方向上连续步进运动。

结合图14（b）说明，所述输出加强型的反向输出加强型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（b）内的两组对称性分别为1%~49%和51%~99%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为10%和90%，将对称性为10%的锯齿波电信号输入左侧斜拉式定子组件1，将对称性为90%的锯齿波电信号输入右侧斜拉式定子组件1，同理，可使斜拉式定子组件1产生反向输出推力，且其输出推力提升1倍以上，输出速度提升1倍以上，输出效率提升1倍以上。其具体运动过程参照正向输出加强型所述具体运动过程。

所述运动急停型驱动方法可具体为正向运动急停型和反向运动急停型。其中，结合图14（c）说明，所述正向运动急停型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（c）内的两组对称性均为51%~99%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为90%，将两组对称性为90%的锯齿波电信号分别输入左、右两侧的斜拉式定子组件1，可使左侧斜拉式定子组件1产生正向输出推力，右侧斜拉式定子组件1产生反向输出推力，最终实现动子组件2正向运动过程中精确急停。其具体运动过程如下：

第一步：t0为初始时刻，此时两个斜拉式定子组件1的压电叠堆1-5均不供电，矩形结构铰链1-4呈现自由状态，活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6接触，静止不动；

第二步：t0到t1时刻，两组激励信号均为锯齿波缓慢上升沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压缓慢增大而慢速伸长一定距离，由于压电叠堆1-5嵌入矩形结构铰链1-4内部，故矩形结构铰链1-4将在y方向上产生主运动，y方向弹性变形伸长量与压电叠堆1-5伸长量相等，矩形结构铰链1-4在y方向的主变形运动将使半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3挤压，增大半圆形驱动足1-4-6与活动导轨2-3之间的最大静摩擦力，不易产生滑移现象，保证“粘”阶段的粘滞现象即活动导轨2-3与半圆形驱动足1-4-6保持相对静止。又因矩形结构铰链1-4采用斜拉式运动转换梁结构，在x正方向上将产生附加的寄生运动，半圆形驱动足1-4-6的位移量为Δx。此运动中左侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δx位移，右侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生Δx位移；则活动导轨2-3在此时间段内的位移为0，即该时间段内活动导轨2-3保持不动；

第三步：t1到t2时刻，两组激励信号均为锯齿波急剧下降沿，此时间段内两个压电叠堆1-5均随电压急剧下降而迅速缩短一定距离回复至初始长度，矩形结构铰链1-4不受压电叠堆1-5的挤压，也将回复至初始形状，半圆形驱动足1-4-6将在x、y方向上同时发生迅速回退运动，此时半圆形驱动足1-4-6在y方向的回退运动不再挤压活动导轨2-3，减小了与活动导轨2-3直接的正压力，使得两者之间更容易发生滑移现象，同时也减小了半圆形驱动足1-4-6在x方向的回退运动对活动导轨2-3的干扰，保证了“滑”阶段的滑移现象更加高效的发生，有效地减小了活动导轨2-3回撤时在x方向上的微小位移量Δl，此运动中左侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x负方向上产生Δl位移，右侧斜拉式定子组件1直接促使活动导轨2-3在x正方向上产生Δl位移；则活动导轨2-3最终的位移为0，即活动导轨2-3保持不动；

第四步：反复依次进行第二步到第三步的过程，斜拉式定子组件1将实现正向运动过程中精确急停。

结合图14（d）说明，所述反向运动急停型驱动方法如下：

本发明由两个斜拉式定子组件1并联作为驱动源，（d）内的两组对称性均为1%~49%的锯齿波电信号，本实施方式中对称性为10%，将两组对称性为10%的锯齿波电信号分别输入左、右两侧的斜拉式定子组件1，同理，可使左侧斜拉式定子组件1产生反向输出推力，右侧斜拉式定子组件1产生正向输出推力，最终实现动子组件2反向运动过程中精确急停。其具体运动过程参照正向运动急停型所述具体运动过程。

综合上述内容，本发明提供一种双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，所述双定子固定式压电惯性驱动器采用斜拉式运动转换器结构，使得斜拉式定子组件沿轴向刚度分布不均匀而产生侧向位移，调整斜拉式定子组件与动子组件之间接触的正压力，综合调控斜拉式定子组件与动子组件之间的摩擦力；本发明提供的驱动方法能够实现输出加强型及运动急停型等多种驱动模式，进而显著提升压电粘滑直线马达机械输出特性。矩形结构铰链与压电叠堆装配成斜拉式定子组件，装配简单，易于调节；所设计的加载机构，可准确保证斜拉式定子组件沿直线驱动。本发明具有结构简单、负载能力强，且运动稳定等特点，在光学精密仪器和半导体加工等微纳精密驱动与定位领域中具有很好的应用前景。