CN101040393A - 多向压电马达结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动主体(23)的方法包括：通过将每个马达的连接区域(48)按压到所述主体的表面将多个压电马达(31，32)连接到所述主体；控制至少其中一个马达从而平行于(53)所述表面施加力以移动所述主体；以及同时控制至少其中一个马达，从而使得其连接区域仅执行基本上垂直于(51)所述表面的振动。

Description

多向压电马达结构

技术领域

本发明涉及给可移动元件提供运动，特别是利用压电马达沿多于一个方向提供可移动元件的运动。

背景技术

大多数压电马达通常向可移动元件施加运动，所述马达沿单条直线前后连接于所述元件，该单条直线以下被称为“运动轴线”。为了有选择地沿多于一个运动轴线向可移动元件施加运动，通常为所希望运动的每一不同轴线使用相对复杂的传输系统，从而将不同的压电马达连接到可移动元件。

例如，为了提供能够提供一种XY位置工作台，该工作台能够将在XY坐标系中的任何XY坐标处安装于所述工作台上的元件沿X轴和Y轴定位，所述工作台通常包括安装于Y工作台的X工作台。所述X工作台连接于受控马达，该马达可沿X轴移动所述工作台并且将所述工作台定位在希望的X坐标处，而所述Y工作台连接于受控马达，该马达可沿Y轴移动所述Y工作台。为了将所述元件定位在给定的XY坐标处，控制X和Y马达，从而分别沿X轴和Y轴移动X和Y工作台，并且将所述元件定位在所希望的XY坐标处。

发明内容

本发明某些实施例的一个方面涉及提供一种经过改进的方法，该方法将压电马达连接到可移动主体，从而使得所述马达受到控制以有选择地沿运动的不同轴线移动所述主体。

本发明某些实施例的某一方面涉及经由连接于相同可移动主体的多个压电马达的传输运动，从而使得每个马达独立于其它马达有选择地将运动传输给所述主体。

根据本发明的实施例，使用在现有技术中公知的方法和装置，通过将以下被称为“连接区域”的每一马达的区域按压到以下被称为“接触表面”的可移动主体的表面区域，多个压电马达被连接到可移动主体。每个马达受到控制从而激励在其连接区域中的振动，所述振动有选择地基本上垂直于和/或基本上平行于可移动主体的接触表面。当给定的马达没有被激励从而振动时，其连接区域持续地压在可移动主体的接触表面上并且所述主体接触表面和马达连接区域之间的摩擦力相对较大。可选地，压电马达的连接区域是使用在现有技术中公知的方法和材料安装于马达表面的耐磨“摩擦块(frictionnub)”，出于方便，下面压电马达的连接区域被假设为摩擦块。

为了控制所述马达从而使多个马达中的至少一个给定的马达将运动传输给可移动主体，控制所述至少一个马达，从而使得其摩擦块的运动施加基本上平行于所述主体的接触表面的力。根据本发明的一个实施例，控制其它马达从而在它们各自摩擦块中产生振动，所述振动基本上垂直于所述接触表面。在下文中，根据本发明的一个实施例受到操控从而将运动传输给可移动主体的马达被称为“工作”马达，而受到控制从而仅执行基本上垂直振动的马达被称为非工作马达。

通常，工作马达受到控制从而同时在其摩擦块中产生基本上垂直于接触表面的振动和基本上平行于接触表面的振动。垂直和平行振动的振幅，频率和相对相位通常会在摩擦块中产生椭圆或圆形振动。工作马达摩擦块中的垂直振动反复地使马达的摩擦块与可移动主体的接触表面分开以及使它们恢复摩擦接触。在每个垂直振动循环的接触期间过程中，工作马达被连接到可移动主体，并且由于平行振动产生的马达摩擦块的运动将运动传输出所述主体。根据垂直和平行振动之间的相位关系，在接触期间过程中，摩擦块在平行于所述平行振动的一个或其它方向上将运动传输到所述主体。

在本发明的某些实施例中，工作马达受控以脉冲模式工作以施加平行于可移动主体的接触表面的力。在脉冲模式中，非对称电压脉冲被施加到包括在压电马达中的电极，从而将运动传输到所述主体。美国专利5,453,653公开了压电马达运行的脉冲模式，其内容通过引用结合于此。

在本发明的某些实施例中，工作马达受到控制以DC模式运行，在这种模式下，所述马达受到控制从而产生弯曲运动，该运动施加基本上仅平行于可移动主体的接触表面的力。在DC模式中，控制器以DC电压对至少一个包括在马达中的电极通电，从而导致弯曲运动并且将可移动主体从第一位置位移到第二位置。只要希望将所述主体保持在第二位置，那么所述DC电压就会被维持在至少一个电极处。运行的DC模式被公开在美国专利申请10/206717中，其内容通过引用结合于此。

为了简化说明，以下假设工作马达在某一模式下运行，在该模式中在马达的摩擦块中同时产生垂直和平行振动。

非工作马达的摩擦块中的垂直振动导致在每个垂直振动循环过程中它们相应的摩擦块与所述主体分开相对短的时间周期。可选地，在每个垂直振动循环过程中，非工作马达的垂直振动的振幅受到控制，从而控制和最小化非工作马达接触所述主体的时间长度。结果，与所述主体运动相反的非工作马达的摩擦块和可移动主体之间的摩擦力被相当大减少并且给定的至少一个工作马达以受到非工作马达干涉最小的方式将运动传输给所述主体。

在本发明的某些实施例中，非工作马达和工作马达中的垂直振动是同步的，从而使得当工作马达的摩擦块接触所述主体的表面时，非工作马达的摩擦块不会接触所述主体。对于这种实施例来说，基本上工作马达将运动传输到可移动主体，好象其它的非工作马达没有连接到所述主体一样。

在本发明的某些实施例中，工作马达在可移动主体上产生力，该力具有自可移动主体质心偏移的作用线，并且产生趋于绕所述主体质心旋转所述主体的力矩。在本发明的某些实施例中，多个马达中的至少两个是工作马达并且受到控制从而产生力矩以绕所希望的旋转轴旋转所述主体。

在本发明的某些实施例中，多个马达中的一个马达，“锚定马达”受到控制，从而使得其摩擦块在可移动主体的接触表面的“锚定区域”处处于恒定接触。多个马达中的至少一个是可工作马达，而其它马达受到控制而不工作(即，使得它们的摩擦块仅执行基本上垂直的振动)。至少一个工作马达产生环绕所述锚定区域的力矩，其使所述可移动主体环绕所述锚定区域旋转。

因此提供一种移动主体的方法，包括：通过将每个马达的连接区域按压于所述主体的表面，将多个压电马达连接于所述主体；控制至少其中一个马达，从而施加平行于所述表面的力，来移动所述主体；并且同时控制至少其中一个马达，从而使得其连接区域仅执行基本上垂直于所述表面的振动。

可选地，控制马达从而施加平行于所述表面的力包括对所述马达进行控制从而使得马达的连接区域以平行于所述表面的振动分量而振动。可选地，所述方法包括对所述马达进行控制，从而使得连接区域以垂直于所述主体的表面的振动分量同时振动。

在本发明的某些实施例中，每个马达包括被通电以控制其工作的电极。

在本发明的某些实施例中，控制马达从而施加平行于所述表面的力包括以脉冲电压对至少其中一个电极通电。

附加地或可替代地，控制马达从而施加平行于所述表面的力包括以DC电压对至少其中一个电极通电。

在本发明的某些实施例中，所述方法包括将可移动主体安装到支撑结构上，该支撑结构将可移动主体限制成有选择地沿第一方向或第二方向其中之一移动。可选地，连接多个马达包括连接至少某些马达，从而使得它们受到控制，从而将力沿第一方向施加到所述表面，以及连接某些马达，从而使得它们受到控制，从而将力沿第二方向施加到所述主体。

在本发明的某些实施例中，所述方法包括将所述主体安装于支撑结构上，该支撑结构使得所述主体可以自由地沿平行于相同平面的任何方向移动。可选地，连接多个马达包括连接第一对马达和第二对马达，第一对马达受控从而将力沿平行于所述平面的第一方向施加到所述表面，第二对马达受控从而将力沿平行于所述平面的第二方向施加到所述表面。可选地，所述方法包括控制第一对或第二对马达，从而将力施加到所述表面，该表面分别在第一或第二方向上移动所述主体，并且对所述马达进行控制，从而使得从所述力产生的净力矩基本上等于零。可选地，所述方法包括控制所述马达中的第一个，从而使得其接触区域与所述主体的表面的特定区域恒定接触，从而平行于所述表面施加力的至少一个马达产生绕所述特定区域旋转主体的力矩。附加地或替代地，所述方法包括控制所述成对马达中的马达以产生力矩，该力矩沿穿过两个马达接触区域的线绕某一点旋转所述主体。

在本发明的某些实施例中，在所述主体的第一位置，多个马达包括至少一个没被包括在主体第二位置处的多个马达中的马达。可选地，所述方法包括在第一位置控制至少一个没被包括在第二位置处的多个马达中的马达，从而平行于所述表面施加力。

根据本发明还提供一种用于包括移动主体的装置，其包括：多个压电马达；以及控制器，其控制至少其中一个马达从而平行于所述表面施加力以移动主体，以及同时控制至少其中一个马达从而仅执行基本上垂直于所述表面的振动。

可选地，所述主体的表面是平面。可选地，所述装置包括：连接于所述主体的第一支撑结构，其可使所述主体能够仅沿平行于所述平面的第一方向自由地移动；以及连接于第一支撑结构的第二支撑结构，其允许第一结构仅沿平行于所述平面的第二方向自由地移动；其中至少一个马达受到控制从而沿第一方向平行于所述表面施加力，至少一个马达受到控制从而沿第二方向平行于所述表面施加力。可选地，所述装置包括多个承载件，平坦表面处于其上，该承载件可使所述表面在平行所述表面的任何方向上自由地移动。

可选地，多个马达包括至少一组四个马达，该组马达包括第一对马达，其受到控制从而沿第一方向将力施加到所述表面，以及第二对马达，其受到控制从而沿第二方向将力施加到所述表面。可选地，为了沿第一或第二方向移动所述主体，所述控制器分别控制第一对或第二对马达，从而使得由马达施加到所述表面上的所述力产生的净力矩基本上等于零。控制器可选地控制至少一个马达，从而使得其接触区域恒定地接触所述表面的特定区域，并且其中由至少一个马达平行于所述表面施加的力绕所述特定区域旋转所述表面。

在本发明的某些实施例中，控制器控制第一对马达或第二对马达，从而产生力矩，该力矩趋于沿穿过马达连接区域的线绕某一点旋转所述表面。

在本发明的某些实施例中，所述表面是具有旋转轴线的圆柱形表面。可选地，至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕所述圆柱形表面的旋转轴线旋转所述圆柱形表面，以及至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于沿所述旋转轴线平移所述表面。

可选地，所述表面是具有中心的球形表面。可选地，至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕穿过所述中心的第一轴线旋转所述表面，以及至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕穿过所述中心的第二轴线旋转所述表面。

在本发明的某些实施例中，在所述主体的第一位置，多个马达包括至少一个没被包括在主体第二位置处的多个马达中的马达。可选地，在第一位置，所述控制器控制至少一个没被包括在第二位置处的多个马达中的马达，从而平行于所述表面施加力。

附图说明

本发明实施例的非受限的示例通过参考结合于此的附图示出在下面，这些附图在下段中列出。在附图中，出现在多于一个附图中的相同结构、元件或部件通常在它们所出现的附图中具有相同的附图标记。出于表面清楚和方便选择示出在附图中的部件和特征的尺寸，并且无需依比例示出。

图1根据本发明的实施例示意性地示出一种将多个压电马达连接到可移动主体的方法，还示出操作所述马达从而沿两个可选择的轴线中的每一个向所述主体提供线性运动；

图2根据本发明的实施例示意性地示出另一种将多个压电马达连接到可移动主体从而沿两个可选择的轴线中的每一个向所述主体提供线性运动的方法；

图3根据本发明的实施例示意性地示出一种将多个压电马达连接到可移动主体的方法，其中不是多个压电马达中的全部马达在所有时间都连接到所述主体；

图4A-4D根据本发明的实施例示出图3所示主体和马达的剖视图，并且示出连接到所述主体的多个马达中的特定马达如何在主体移动时进行改变；

图5根据本发明的实施例示意性地示出连接到圆柱体的多个压电马达；

图6根据本发明的实施例示意性地示出连接到球形体的多个压电马达。

具体实施方式

根据本发明的实施例，图1示意性地示出一种结构20，其用于将多个压电马达连接到可移动主体，并且示出操作所述马达从而沿两个可选择轴线中的每一个向所述主体提供线性运动。与所述讨论相关联的各个特征的位置和方向以坐标系统21作为参照。

作为举例，可移动主体是安装于一对X滑动件24的板22，以下称为“移动板”，X滑动件24依次安装于一对Y滑动件26。使用现有技术中各种方法和装置将移动板22安装于X滑动件24，从而使得所述板由滑动件支撑并且可以沿X方向相对于滑动件相对容易地前后移动。使用现有技术中各种可行的方法将X滑动件24安装于Y滑动件26。移动板22以虚线示出，从而示出通过所述板看到的位于移动板22下面的部件，这通常在图1的透视图中是被隐藏起来的。

多个压电马达可选地包括两个马达31和32，它们连接到移动板22的底部表面34。根据本发明的一个实施例，马达31和32分别是X“”和“Y”马达，操作这些马达从而分别沿X和Y轴移动移动板22。

根据本发明的一个实施例，任何可以被控制从而有选择地执行垂直和/或平行振动的具有连接区域(即摩擦块)的压电马达可以用在本发明的实践中。但是，为了说明方便，X马达31和Y马达32被假设成与欧洲公开EP0755054中所公开的马达类似，其内容通过引用结合于此，或者与上面所引用的美国专利5453653中所公开的马达类似。

每个马达31和32可选地包括由具有两个相对较大平面表面42的适当压电材料形成的薄矩形板40。压电板40分别具有长的侧边缘表面44和短的顶部和底部边缘表面47。可选地，摩擦块48位于顶部边缘表面46上。摩擦块48优选地由诸如铝的耐磨材料形成。适当的弹性元件(未示出)，诸如线圈、板簧或由弹性材料形成的主体，压在每个马达31和32的底部表面47上，从而弹性地促使马达的摩擦块抵靠移动板22的底部、接触表面23，从而将马达连接于所述底部表面。

可选地，每个马达31和32的其中一个平面表面42具有四个“象限电极”50，每个基本上覆盖所述平面表面的不同象限的所有区域。每个马达的其它平面表面42具有相对较大的电极，这些电极基本上覆盖所述平面表面的整个区域。控制器52连接到每个马达31和32的象限电极50，并且相对于较大电极通电所述象限电极以激励压电板40中的振动，并因此激励摩擦块48中的振动。

利用现有技术中各种公知的方法，控制器52以适当的布局给电极通电，以在摩擦块48中激励振动，该振动选择性地垂直于和/或平行于移动板40的底部表面23。要指出的是，在参照压电板40时，垂直和平行振动传统上称为纵向和横向振动。纵向振动平行于压电板的长尺寸，而横向振动平行于压电板的大表面的短尺寸。

例如，为了在摩擦块48中激励振动，控制器52可选地相对于较大电极以相同的AC电压对所有象限电极50通电。为了激励垂直和水平振动，以及因此产生的椭圆振动，在摩擦块48中，控制器52可选地沿相同的对角线以相同的AC电压对象限电极50通电，沿不同的对角线以180度相差的AC电压对象限电极通电。替代地，沿相同第一长边缘表面44的象限电极50可以相同的AC电压被通电，而沿第二长边缘表面44的象限电极50浮置，从而激励摩擦块48中的椭圆振动。X或Y马达31或32中的椭圆振动处于马达的压电板40的平面中。

可以通过以相同的AC电压沿相同短边缘表面46或47对象限电极50通电并浮置其它象限电极来激励摩擦块中的垂直振动。可选地，可以通过以相对于较大电极相同的电压对所有象限电极50通电激励垂直振动。

对类似于马达31和32的电极布局通电以在摩擦块48中产生垂直和/或平行振动的方法被公开在诸如上面所引用的PCT公开WO00/74153和美国专利5453653中。适于本发明实践的激励垂直和/或平行振动的具有与图1所示不同结构的压电马达的示例也在上面所引用的PCT公开WO00/74153和其它参考文件中公开了。

根据本发明的实施例，例如，为了在正Y轴方向上，移动移动板22，控制器52通电X马达31的象限电极50从而激励X马达中的垂直振动以及Y马达中的顺时针(从控制器52位置上看)椭圆振动。X马达31中的垂直振动在马达摩擦块48中产生相应的垂直振动，这些振动由双头粗箭头线51代表。Y马达32中的顺时针椭圆振动在Y马达摩擦块48中产生相应的顺时针椭圆振动，这些振动由椭圆53代表。

对每一振动循环的至少一部分来说，X马达31中的垂直振动51基本上使马达从移动板22解耦。Y马达32中的椭圆振动53在正Y方向上将运动传输到移动板22。因为X马达31基本上与移动板22解耦，所以X马达的摩擦块48和板22之间的、与板22运动相反的摩擦力被显著地减少。结果，Y马达32沿Y方向以很小或者基本没有与X马达31发生干涉地对所述板的运动进行控制。

在本发明的某些实施例中，X马达31中垂直振动与Y马达32中的椭圆振动同步，从而使得它们有180度的相差。结果，当Y马达32的摩擦块48接触移动板22的底部表面23时，X马达31的摩擦块48不与板22接触并且由Y马达32施加到底部表面的力作用在板22上，好象X马达不存在一样。X和Y马达31和32的异相操作基本上将效率最大化，Y马达以该效率将运动传输到板22。当然，当X马达31的摩擦块48没有接触移动板22的底部表面23时，所述摩擦块将相对较小的摩擦力施加到板22，该摩擦力与板22的运动相反。调节由Y马达32施加到板上的力易于补偿因该较小的摩擦力导致的移动板22的动能损失。

为了沿X方向移动移动板22，例如沿负X轴方向，X马达31和Y马达32的角色被互换。X马达31成为工作马达而控制器52对X马达的象限电极50通电从而激励马达中逆时针椭圆振动。Y马达32成为非工作马达，而控制器52对Y马达的象限电极50通电从而激励Y马达中的垂直振动。

图2示意性示出根据本发明的实施例的连接于可移动元件的压电马达的另一结构60。作为示例，所述可移动元件是移动板22。移动板22设置在支撑板62上，所述支撑板62包括多个滚珠承载件64，移动板搁置在其上。因为搁置在承载件64上，移动板22可以沿平行于支撑板62的表面的任何方向自由地移动。

作为示例，根据本发明的实施例，在结构上类似于图1中所示马达31和32的四个压电马达71，72，73和74控制移动板22的移动和位置。所述马达可选地以现有技术中公知的各种方法安装在位于支撑板62下面的支撑结构(未示出)上，从而使得它们突出穿过附图标记64所指代的位于支撑板中的孔，并且被弹性地推动以压在移动板22的底部表面23上。马达71和73是X马达，马达72和74是Y马达。所述马达由控制器52控制。可选地，每个X马达71和73与Y马达72和74等距离，并且每个Y马达与X马达等距离。

根据本发明的实施例，马达71，72，73和74受到控制从而有选择地沿X或Y方向移动所述移动板22和/或旋转所述移动板22。例如，为了沿负X方向平行于X轴移动所述移动板22，控制器52可选地激励Y马达72和74从而执行垂直振动，该振动使Y马达与移动板22解耦，这由双头箭头76示意性地示出。控制器52激励X马达71和73从而有选择地执行逆时针椭圆振动，并且在负X方向上向移动板22施加力，该振动由椭圆75和77示意性地示出。

需要注意的是，对于图2所示本发明示意性实施例和类似结构来说，为了平行于X轴移动所述移动板22，通常，必须激励至少两个压电马达X以沿X方向施加力。如果仅有单个X马达被激励从而向移动板22施加力的话，除非力的作用线与垂直于移动板的线相交，那么所述力会产生旋转移动板的力矩，所述垂直于移动板的线穿过移动板的质量与任何加载于其上的负载的整合质量的质心。为了防止这种旋转以及平行于X轴移动板22与其负载，根据本发明的实施例，操作至少两个压电马达从而将力沿X轴施加到所述板。平衡由至少两个马达施加的力，从而使得所述板与其上的负载上的净力矩等于零。

为了平衡所述力，可选地，使用现有技术中公知的至少一个适合的位置检测器和/或至少一个加速度检测器对移动板22的位置和/或加速度进行检测。如果在移动板22中有一个不希望的旋转和/或作用在移动板上的净力矩的话，控制器52接收来自于至少一个位置检测器和/或至少一个加速度检测器的输入信号。响应于所确定的旋转和/或力矩，为平衡由马达施加到移动板22上的力，控制器控制至少两个压电马达，例如，作为示例示出在图2中的X马达71和73，从而使得移动板平行于X轴移动。

平行于Y轴的运动通过互换X马达71和73与Y马达72和74的角色来提供。控制器52控制X马达71和73以执行垂直振动以及控制Y马达72和74以执行椭圆振动，所述Y马达受到控制使得Y马达施加到板22的净力矩基本上等于零。移动板22沿XY平面中不平行于X或Y轴的一条线的线性运动可以通过可选地对X马达和Y马达进行控制，从而将运动传输到所述板而被大致实现(approximated)。

正如可以从上述讨论中推断出来的那样，以图2所示类似的布局，根据本发明实施例，连接到可移动主体的压电马达受到控制，从而不仅向主体提供线性运动，而且还提供旋转运动。例如，根据本发明实施例，移动板22可受到控制从而绕移动板和压电马达71，72，73和74中任何一个的摩擦块48之间的接触点旋转。

假设希望围绕X马达71的摩擦块48与移动板接触的点顺时针旋转移动板22(从移动板之上的Z轴的一点看)。然后控制器52控制X马达71不振动从而维持与移动板22的恒定接触，并且可选地，控制X马达73以执行顺时针椭圆振动，同时Y马达72和74执行垂直振动。X马达71的摩擦块48和接触板之间的摩擦接触防止了移动板22相对于摩擦块和移动板之间的接触点的平移，而Y马达72和74的垂直振动使Y马达与移动板解耦。X马达73的椭圆振动施加产生力矩的力，该力矩使移动板绕所述接触点旋转。

当然通过控制X马达73和其中一个Y马达72和74执行垂直振动，有可能绕接触点旋转移动板22，从而。Y马达72和74中的另一个受到控制以执行顺时针椭圆振动从而产生顺时针旋转移动板22的力矩。但是，对于如图2所示的结构来说，利用Y马达产生力矩，绕压电马达71的摩擦块48和所述板之间的接触点旋转移动板22通常要比利用X马达72产生力矩的效率低。对于给定的力来说，Y马达72或74作用在比X马达73短的力臂上。

根据本发明的一个实施例，还可能的是控制马达71，72，73和74以围绕其中一个马达的摩擦块48和所述板之间接触点以外的点旋转移动板22。例如，通过控制X马达从而将适当的力施加到移动板的底部表面22，可以基本上围绕穿过移动板和X马达71和73的摩擦块48的接触点的线上的任何点旋转移动板22。

根据本发明的另一实施例，图3示意性示出用于将多个压电马达连接到移动板22的结构80。

与图2中所示结构类似，在结构80中，移动板22被安装在具有辊子轴承64的支撑板62上，在辊子轴承上停置着移动板22。但是，不同于图3中的结构80，其中四个压电马达71，72，73和74被用于控制移动板22的运动，在结构80中，多于四个的多个压电马达被用于控制移动板的运动。对于给定尺寸的移动板22来说，示出在图3中的多个马达为移动板提供了比结构80所提供的位置范围更大的位置范围。

多个马达包括多个X马达81和多个Y马达82。所述马达被布置成使得基本上对于支撑板62上的移动板22的任何位置来说，至少两个X马达81和至少两个Y马达82接触移动板的底部表面并且受到控制从而将运动传输到移动板。可选地，X马达81和Y马达82成四个一组从而使得每一组包括两个X马达和两个Y马达。在相同的四个一组中的X马达和Y马达突出穿过支撑板62中的相同孔84。可选地，在相同的四个一组中的马达相对于彼此定位，类似于如图2中所示的结构60中的X马达71和73以及Y马达72和74定位方式。

为了移动移动板22，X马达81和Y马达82由控制器52控制来移动移动板22，这种控制方式类似于如图2中所示的X马达71和73以及Y马达72和74受到控制的方式。但是，根据本发明的一个实施例，X马达81和Y马达82受到控制从而在相当大于由示出在图2中的结构80所提供范围的X距离范围和Y距离范围上移动移动板22。为了在大于单对X马达81可以移动所述板的距离的X距离上移动所述移动板，X马达81是可控制的，从而由一对X马达81到下一对X马达“传递”移动板22。类似地，为了在大于单对Y马达82可以移动所述板的距离的Y距离上移动所述移动板，Y马达82是可控制的，从而由一对Y马达到下一对Y马达“传递”移动板22。

例如，考虑第一对X马达81，其不是在正X方向上位于离坐标系21的原点最远处的那对X马达。在第一对X马达81沿正X方向将移动板22移动到超过该对马达无法在正X方向移动所述板的那一点之前，所述板22变成定位在第二对X马达81上。该第二对X马达81或Y马达82受到控制从而连续在正X方向上移动所述板。

根据本发明的一个实施例，为了便于移动板22从第一对X马达81或Y马达82到第二对X马达81或Y马达82平稳传输，移动板22的底部表面23沿其边缘形成斜面。另外，朝向底部表面23推动压电X马达81或Y马达82的弹性元件的运动被限制成当所述马达未处于移动板22下面时，其摩擦块48不会突出在底部表面23的斜面边缘之上。结果，随着移动板22接近并且在X或Y压电马达上移动，马达的摩擦块48逐渐地并且平滑地与所述底部表面接触。

图4A-4D示出由图3(在图中，为了便于表达，未示出支撑板62)所示结构的AA线所指示的某一平面的示意性剖视图。根据本发明的一个实施例，所述剖视图示出移动板22从第一对X马达81在X方向上移动所述板的位置移动到第二对X马达81在X方向上移动所述板的位置。空心箭头(blockarrow)90示出移动板22的方向。图4A-4D仅示出与所述讨论的有密切关系的特征。示出在图3中的支撑板62未示出在图4A-4D中，附图中仅示出了第一对X马达81的一个X压电马达91和第二对X马达81的一个压电马达92。底部表面23沿其边缘形成斜面，从而使得所述底部表面包括平行于坐标系21的X-Y平面的相对较大的水平表面102和沿边缘100的斜面104。为了空间参照上的便利，示出在图3中的坐标系21的X和Z轴示出在图4A-4D中。

每个马达91和92安装在具有弹性元件111和112的适当的支撑结构106，所述弹性元件分别在正Z方向上朝向移动板22的底部表面23向上驱动马达。使用现有技术中的公知方法和装置，弹性元件111和112的延伸程度在Z方向上受到限制，从而使得如果马达91或92没有位于移动板22下面的话，马达的摩擦块48不会突出到移动板的边缘100之上(在Z方向上)。

在图4A中，X马达91位于移动22下面，并且其摩擦块48由弹性元件111被弹性地按压于水平表面102。所述摩擦块执行由椭圆114所代表的顺时针椭圆振动，从而朝向X马达92在X方向上移动移动板22。X马达92正好位于移动板22的边缘100的下面，但是因为弹性元件112的运动在正Z方向被限制，所以马达的摩擦块48不会突出超过所述边缘。优选地，如图4A所示，当弹性元件112处在其延伸极限时，摩擦块48位于稍稍低于边缘100的某一Z坐标处。

在图4B中，X马达91已经朝向X马达92将移动板22移动到马达92的摩擦块48第一次接触斜面表面104的位置。在X马达92接触斜面104之前，或刚好接触斜面时，控制器52(图3)可选地控制X马达92从而执行由双头箭头116所代表的垂直振动，以减少摩擦块和所述斜面的表面之间的摩擦。

在图4C中，X马达91已经将移动板22移动到X马达91和X马达92的摩擦块48都接触移动板的水平表面102的位置处。控制器52具有对移动板22从X马达91到X马达92移动的“传输控制”。所述控制器控制X马达92从而执行顺时针椭圆运动118以继续在X方向上移动移动板，并且控制X马达91从而执行垂直振动120以减少马达摩擦块48和水平表面102之间的摩擦。

在图4D中，已经在X方向上由马达92移动移动板22，而X马达91不再接触移动板。弹性元件106延伸到其最大长度，摩擦块48位于大于水平表面102但是小于移动板22的边缘100的某一Z坐标处。

尽管在本发明示例性实施例的上述描述中，由多个压电马达移动的主体是平面主体，但是本发明的实践不受限于移动平面主体。例如，根据本发明实施例的连接到多个压电马达的主体可以是圆柱形或圆形。

图5示意性地示出根据本发明的实施例的结构130，该结构可选地包括连接到圆柱形主体134的两个压电马达131和132。当马达131工作而马达132不工作时，马达131使圆柱体134绕其轴线136旋转。在另一个方面，当马达131不工作而马达132工作时，马达132沿轴136平移圆柱体134。

图6示意性地示出根据本发明的实施例的结构140，该可选地包括连接到球形主体144的两个压电马达141和142。当马达141工作而马达142不工作时，马达141使球体144绕其轴线147旋转。在另一个方面，当马达141不工作而马达142工作时，马达142沿轴148旋转所述球体。

在本申请的说明书和权利要求书中，每个动词，“包括(comprise)”，“包括(include)”和具有“(have)”及其变型被用来指明所述动词的对象无需是所述动词的所述对象的元件、部件、零件或部分的一个完整清单。

利用本发明实施例的详细说明已经对本发明进行了描述，本发明实施例的详细说明是通过示例方式提供的，并且不意在限制本发明的范围。所描述的实施例包括不同的特征，并且不是所有的特征都是本发明实施例所需要的。本发明的某些实施例仅利用某些特征或者可能的话利用这些的组合。本领域技术人员会想到所述本发明实施例的各种变化以及包括记录在所述实施例中的各个特征的不同组合的本发明的各个实施例。本发明的范围仅由权利要求书所限定。

Claims (29)

1、一种移动主体的方法包括：

通过将每个马达的连接区域按压到主体的表面将多个压电马达连接到所述主体；

控制至少其中一个马达从而平行于所述表面施加力以移动所述主体；以及

同时控制至少其中一个马达，从而使得其连接区域仅执行基本上垂直于所述表面的振动。

2、根据权利要求1所述的方法，其中控制马达从而平行于所述表面施加力包括控制所述马达，从而使得所述马达的连接区域以平行于所述表面的振动分量振动。

3、根据权利要求2所述的方法，包括控制所述马达从而使得所述连接区域以垂直于所述主体的表面的振动分量同时振动。

4、根据权利要求1-3中任何一顶所述的方法，其中每个马达包括被通电以控制其操作的电极。

5、根据权利要求1-4中任何一顶所述的方法，其中控制所述马达从而平行于所述表面施加力包括对至少其中一个电极以脉冲电压通电。

6、根据权利要求4或5所述的方法，其中控制所述马达从而平行于所述表面施加力包括对至少其中一个电极以DC电压通电。

7、根据权利要求1-6中任何一顶所述的方法，包括将可移动主体安装到支撑结构，该支撑结构对其进行限制从而沿第一方向或第二方向有选择地移动。

8、根据权利要求7所述的方法，其中连接多个马达包括连接至少某些马达，从而使得它们受到控制以沿第一方向将力施加到所述表面，以及连接至少某些马达，从而使得它们受到控制以沿第二方向将力施加到所述主体。

9、根据权利要求1-6中任何一顶所述的方法，包括将所述主体安装于支撑结构，该支撑结构可使所述主体沿平行于相同平面的任何方向自由地移动。

10、根据权利要求9所述的方法，其中连接多个马达包括连接第一对马达和第二对马达，第一对马达受到控制从而沿平行于所述平面的第一方向将力施加到所述表面，第二对马达受到控制从而沿平行于所述平面的第二方向将力施加到所述表面。

11、根据权利要求10所述的方法，包括控制第一对或第二对马达以向所述表面施加力，从而分别沿第一或第二方向移动所述主体，以及控制所述马达，从而使得由所述力产生的净力矩基本上等于零。

12、根据权利要求11所述的方法，包括控制各马达中的第一个马达，从而使得其接触区域与主体的表面的特定区域恒定接触，从而使得平行于所述表面施加力的至少一个马达产生力矩，该力矩使所述主体绕所述特定区域旋转。

13、根据权利要求7或8所述的方法，包括控制一对马达中的所述马达从而产生使所述主体绕沿穿过两个马达接触区域的线上的某一点旋转的力矩。

14、根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中在所述主体的第一位置处，所述多个马达包括至少一个未被包括在处于主体第二位置处的多个马达中的马达。

15、根据权利要求14所述的方法，包括在第一位置处控制所述至少一个未被包括在第二位置处的多个马达中的马达，以平行于所述表面施加力。

16、一种移动主体的装置包括：

多个压电马达；以及

控制器，其控制至少其中一个马达从而平行于所述表面施加力以移动所述主体，并且同时控制至少其中一个马达从而仅执行基本上垂直于所述表面的振动。

17、根据权利要求16所述的装置，其中所述主体的表面是平坦的。

18、根据权利要求17所述的装置，包括：

连接所述主体的第一支撑结构，其可使所述主体仅沿平行于所述平坦表面的第一方向自由地移动；以及

连接第一结构的第二支撑结构，其允许第一结构仅沿平行于所述平坦表面的第二方向自由地移动；

其中至少其中一个马达受到控制以沿第一方向施加平行于所述表面的力，而至少其中一个马达受到控制以沿第二方向施加平行于所述表面的力。

19、根据权利要求16所述的装置，包括其上搁置平坦表面的多个承载件，所述承载件可使所述表面在平行于所述表面的任何方向上自由地移动。

20、根据权利要求19所述的装置，其中多个马达包括至少一组四个马达，该组马达包括第一对马达，其受到控制从而沿第一方向将力施加到所述表面，以及第二对马达，其受到控制从而沿第二方向将力施加到所述表面。

21、根据权利要求20所述的装置，其中为了沿第一或第二方向移动所述主体，所述控制器分别控制第一对或第二对马达，从而使得从由马达施加到所述表面上的所述力产生的净力矩基本上等于零。

22、根据权利要求21所述的装置，其中控制器控制至少一个马达，从而使得其接触区域恒定地接触所述表面的特定区域，并且其中由至少一个马达平行于所述表面施加的力绕所述特定区域旋转所述表面。

23、根据权利要求19-22中任何一项所述的装置，其中所述控制器控制第一对马达或第二对马达，从而产生力矩，该力矩趋于围绕沿穿过马达连接区域的线上的一点旋转所述表面。

24、根据权利要求16所述的装置，其中所述表面具有旋转轴线的圆柱形表面。

25、根据权利要求24所述的装置，其中至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕所述圆柱形表面的旋转轴线旋转所述圆柱形表面，以及至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于沿所述旋转轴线平移所述表面。

26、根据权利要求25所述的装置，其中所述表面是具有中心的球形表面。

27、根据权利要求26所述的装置，其中至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕穿过所述中心的第一轴线旋转所述表面，以及至少一个马达受到控制以平行于所述表面施加力，该力趋于绕穿过所述中心的第二轴线旋转所述表面。

28、根据权利要求16-27中任何一项所述的装置，其中在所述主体的第一位置，多个马达包括至少一个没有被包括在主体第二位置处的多个马达中的马达。

29、根据权利要求28所述的装置，其中在第一位置处，所述控制器控制所述至少一个没有被包括在第二位置处的多个马达中的马达，从而平行于所述表面施加力。

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