惯性式多自由度压电作动器的结构设计与实验

提出了一种惯性式多自由度压电作动器,该作动器利用梁的面内二阶弯振和面外二阶弯振作为工作模态,以锯齿波作为激励电信号,依靠转子的惯性力,克服滑动摩擦力驱动转子绕Z轴和α,β,γ轴旋转。分析了惯性式多自由度压电作动器的驱动机理,并利用Comsol Multiphysics 5.3a对压电振子进行了分析,确定了压电振子的工作模态。实验样机的机械特性实验结果表明,作动器绕Z轴和绕α,β,γ轴旋转的最优工作频率分别为46.8 kHz和80.1 kHz。在电压有效值为60 V的条件下,作动器绕Z轴旋转的最高转速可达162 r/min,堵转扭矩可达1 mN·m;绕α,β,γ轴旋转的最高转速分别可达305 r/min,310 r/min和300 r/min,堵转扭矩可达2 mN·m。作动器绕α,β,γ轴旋转的角度范围可达±36°。惯性式多自由度压电作动器结构紧凑,极大地减小了现有多自由度压电作动器的体积,可应用于姿态调整、类人机器人眼球和精密指向系统等领域。