CN109951103B - 一种压电驱动的超精密运动六足机器人及其激励方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电驱动的超精密运动六足机器人及其激励方法，属于微操作机器人技术领域。一种压电驱动的超精密运动六足机器人，包括底座、六个驱动单元和基体，其中，每个驱动单元包括驱动足、纵向伸缩压电陶瓷区域和横向弯曲压电陶瓷区域，横向弯曲压电陶瓷区域、纵向伸缩压电陶瓷区域和底座由上至下依次连接，六个驱动单元沿圆周方向均匀安装在基体的下表面上，驱动足压紧在底座的上表面。本发明负载能力大、结构紧凑，针对不同的应用条件可以进行灵活设计，便于生产制造，激励方法可靠易行，可以实现多自由度的超精密运动，在微纳操作等技术领域中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微操作机器人技术领域，特别是涉及一种压电驱动的超精密运动六足机器人及其激励方法。
背景技术
随着科学技术的快速发展，人类对于微观世界的探索能力不断增强，高倍率显微镜、超精密加工设备等相继出现，这些发明大大提高了人类认识世界、改造世界的能力。但是随着这些领域的进一步发展，对于超精密驱动设备的需求也愈发强烈，现有较为成熟的微操作机器人普遍面临着精度较低、运动行程不足和结构复杂的缺点，从而限制了它们的应用范围。为了在一定程度上缓解相关技术领域对于微操作机器人的迫切需求并扩展其应用范围，本发明提供了一种压电驱动的超精密运动六足机器人，并针对该结构提出了对应的激励方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有多数平面运动微操作机器人驱动原理单一、运动精度不足以及负载能力较低的技术问题，从而提出了一种压电驱动的超精密运动六足机器人及其激励方法。
本发明通过以下技术方案实现：一种压电驱动的超精密运动六足机器人，包括底座、六个驱动单元和基体，其中，每个驱动单元包括驱动足、纵向伸缩压电陶瓷区域和横向弯曲压电陶瓷区域；所述横向弯曲压电陶瓷区域、所述纵向伸缩压电陶瓷区域和所述底座由上至下依次连接，所述六个驱动单元沿圆周方向均匀安装在所述基体的下表面上，所述驱动足压紧在所述底座的上表面，在非工作状态时，所述六个驱动单元的轴线彼此平行。
进一步的，所述底座保持固定，所述基体输出沿底座平面内任意方向的直线运动和绕基体轴线方向的旋转运动，以及输出沿基体轴线方向的升降运动和绕基体平面内任意方向的摆动运动。
进一步的，所述纵向伸缩压电陶瓷区域为单分区压电陶瓷管，所述纵向伸缩压电陶瓷区域的内柱面和外柱面分别为一个不分区电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域轴线方向的伸缩变形。
进一步的，所述纵向伸缩压电陶瓷区域为层叠式直线型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿纵向伸缩压电陶瓷区域的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别为一个不分区电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域轴线方向的伸缩变形。
进一步的，所述横向弯曲压电陶瓷区域为四分区压电陶瓷管，所述横向弯曲压电陶瓷区域的内柱面为一个不分区电极，所述横向弯曲压电陶瓷区域的外柱面包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域轴线正交的任意方向的弯曲变形。
进一步的，所述横向弯曲压电陶瓷区域为层叠式弯曲型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿横向弯曲压电陶瓷区域的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域轴线正交的任意方向的弯曲变形。
一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，应用于上述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人，
当基体沿底座的平面内任意方向做直线运动时，包括以下步骤：
S100将六个驱动单元均匀分为两组，且每组驱动单元中的多个驱动单元彼此间均不相邻，两组驱动单元分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S110将驱动足与底座接触并压紧；
S120通过改变第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足抬起脱离底座，第二组驱动单元的驱动足不动压紧底座，基体保持不动；
S130第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标移动相反方向弯曲变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标移动相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元的驱动足退回脱离底座，第二组驱动单元的驱动足前进压紧底座，基体沿目标移动方向产生直线位移输出；
S140通过改变第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足放下压紧底座，第二组驱动单元的驱动足不动压紧底座，基体保持不动；
S150第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；通过改变第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足不动压紧底座，第二组驱动单元的驱动足抬起脱离底座，基体保持不动；
S160第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标移动相同方向弯曲变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标移动相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元的驱动足前进压紧底座，第二组驱动单元的驱动足退回脱离底座，基体沿目标移动方向产生直线位移输出；
S170第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；通过改变第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足不动压紧底座，第二组驱动单元的驱动足放下压紧底座，基体保持不动；
S180判断基体是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S190；否则，返回步骤S120；
S190停止移动所述基体。
当基体绕自身轴线方向做旋转运动时，包括以下步骤：
S200将六个驱动单元均匀分为两组，且每组驱动单元中的多个驱动单元彼此间均不相邻，两组驱动单元分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S210将驱动足与底座接触并压紧；
S220通过改变第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足抬起脱离底座，第二组驱动单元的驱动足不动压紧底座，基体保持不动；
S230第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标转动切线相反方向弯曲变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标转动切线相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元的驱动足退回脱离底座，第二组驱动单元的驱动足前进压紧底座，基体沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S240通过改变第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足放下压紧底座，第二组驱动单元的驱动足不动压紧底座，基体保持不动；
S250第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；通过改变第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足不动压紧底座，第二组驱动单元的驱动足抬起脱离底座，基体保持不动；
S260第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标转动切线相同方向弯曲变形；第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，通过改变第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域沿基体目标转动切线相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元的驱动足前进压紧底座，第二组驱动单元的驱动足退回脱离底座，基体沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S270第一组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域不变形，第一组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；通过改变第二组驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元中横向弯曲压电陶瓷区域的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域不变形；因此，第一组驱动单元的驱动足不动压紧底座，第二组驱动单元的驱动足放下压紧底座，基体保持不动；
S280判断基体是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S290；否则，返回步骤S220；
S290停止转动所述基体。
当基体沿自身轴线方向做升降运动时，包括以下步骤：
S300将驱动足与底座接触并压紧；
S310通过同时改变每个驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使它们产生相同的伸长变形或缩短变形；
S320在驱动足与底座之间正压力的作用下，每个驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的伸长变形或缩短变形带动基体沿自身轴线方向做上升运动或下降运动；
S330判断基体是否升降移动了指定位移，如果是，则执行步骤S340；否则，返回步骤S310；
S340停止升降所述基体。
当基体绕自身平面内任意方向做摆动运动时，包括以下步骤：
S400将驱动足与底座接触并压紧；
S410通过同时改变每个驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域的激励电压信号，使它们在伸长变形或缩短变形后各个驱动足的末端质点仍在同一平面上；
S420在驱动足与底座之间正压力的作用下，六个驱动单元中纵向伸缩压电陶瓷区域不同幅度的伸长变形或缩短变形带动基体绕自身平面内与摆动目标方向正交的水平轴线做摆动运动；
S430判断基体是否摆动了指定位移，如果是，则执行步骤S440；否则，返回步骤S410；
S440停止摆动所述基体。
本发明的有益效果在于：本发明利用多个较为简单的可以实现纵向伸缩和横向弯曲的压电驱动单元配合运动实现了大行程的平面内三自由度超精密运动和小行程的平面外三自由度超精密运动，提出了一种压电驱动的超精密运动六足机器人及其激励方法。本发明中所采用的压电驱动单元可以采用层叠式压电驱动器或压电陶瓷管，它们分别具有负载能力大和结构紧凑的优点，针对不同的应用条件可以进行灵活设计，便于生产制造；本发明中的激励方法可以实现六足机器人稳定可靠的超精密运动，在实际应用中具有较好的可行性；本发明中的超精密运动六足机器人结构简单灵活、激励方法可靠易行，可以实现较多自由度的超精密运动，在微纳操作等技术领域中具有广泛的应用前景，因此本发明可以在一定程度上满足相关领域的需求，扩展微操作机器人的应用范围，促进微操作机器人领域的发展进步。
附图说明
图1为采用层叠式压电驱动器作为驱动元件的超精密运动六足机器人的三维结构示意图；
图2为由层叠式压电驱动器构成的驱动单元发生纵向伸缩的变形示意图；
图3为由层叠式压电驱动器构成的驱动单元发生横向弯曲的变形示意图；
图4为采用压电陶瓷管作为驱动元件的超精密运动六足机器人的三维结构示意图；
图5为由压电陶瓷管构成的驱动单元发生纵向伸缩的变形示意图；
图6为由压电陶瓷管构成的驱动单元发生横向弯曲的变形示意图；
图7为超精密运动六足机器人实现沿Y轴负方向做直线运动时每组驱动单元所需要施加的激励电压信号示意图；
图8为超精密运动六足机器人实现沿Y轴负方向做直线运动时每个驱动足在底座接触平面上的运动方向和接触时序示意图；
图9为超精密运动六足机器人实现绕Z轴方向做逆时针旋转运动时每组驱动单元所需要施加的激励电压信号示意图；
图10为超精密运动六足机器人实现绕Z轴方向做逆时针旋转运动时每个驱动足在底座接触平面上的运动方向和接触时序示意图；
图11为超精密运动六足机器人实现沿Z轴负方向做下降运动时每个驱动单元所需要施加的激励电压信号示意图；
图12为超精密运动六足机器人实现沿Z轴负方向做下降运动时每个驱动单元的变形以及基体的运动示意图；
图13为超精密运动六足机器人实现绕X轴方向做顺时针摆动运动时每个驱动单元所需要施加的激励电压信号示意图；
图14为超精密运动六足机器人实现绕X轴方向做顺时针摆动运动时每个驱动单元的变形以及基体的运动示意图。
其中，1为底座，2为六个驱动单元，2-1为驱动足，2-2为纵向伸缩压电陶瓷区域，2-3为横向弯曲压电陶瓷区域，3为基体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参照附图1-图3，本发明提供了一种压电驱动的超精密运动六足机器人，包括底座1、六个驱动单元2和基体3，其中，每个驱动单元2包括驱动足2-1、纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3；所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3、纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和底座1由上至下依次连接，六个驱动单元2沿圆周方向均匀安装在基体3的下表面上，驱动足2-1压紧在底座1的上表面上，通过驱动足2-1与底座1之间的摩擦力驱动基体3的大幅运动，通过驱动足2-1与底座1之间的正压力驱动基体3的小幅运动；在非工作状态时，六个驱动单元2的轴线彼此平行。
在本部分优选实施例中，所述底座1保持固定，所述基体3用于装载精密操控对象，并输出沿底座1平面内任意方向的直线运动和绕基体3轴线方向的旋转运动，以及输出沿基体3轴线方向的升降运动和绕基体3平面内任意方向的摆动运动。
参照图1-图3所示，在本部分优选实施例中，六个驱动单元2采用层叠式压电驱动器作为能量转换元件，实现输入电能向输出机械能的转换；纵向伸缩压电陶瓷区域2-2为层叠式直线型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别为一个不分区电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域2-2轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足2-1沿其所在的驱动单元2的轴线方向的往复直线运动，如图2所示。
参照图1-图3所示，在本部分优选实施例中，横向弯曲压电陶瓷区域2-3为层叠式弯曲型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿横向弯曲压电陶瓷区域2-3的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3轴线正交的任意方向的弯曲变形，进而带动驱动足2-1沿这个方向的往复摆动运动，如图3所示。
在本部分优选实施例中，驱动足2-1通过六个驱动单元2、基体3以及负载的重力与底座1接触压紧，因此可以承受较大的负载；基体3输出沿底座1平面内任意方向的直线运动和绕基体3轴线方向的旋转运动采用步进式驱动原理，因此其运动行程仅受限于底座1的尺寸，运动行程较大；基体3输出沿基体3轴线方向的升降运动和绕基体3平面内任意方向的摆动运动采用直接驱动原理，因此其运动行程受限于纵向伸缩压电陶瓷区域2-2以及横向弯曲压电陶瓷区域2-3的极限变形程度，运动行程较小。
在本部分优选实施例中，六个驱动单元2的个数可以增加，相似的驱动原理可以实现其负载能力的倍增。
实施例2：
参照附图4-图6，本发明提供了一种压电驱动的超精密运动六足机器人，包括底座1、六个驱动单元2和基体3，其中，每个驱动单元2包括驱动足2-1、纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3；所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3、纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和底座1由上至下依次连接，六个驱动单元2沿圆周方向均匀安装在基体3的下表面上，驱动足2-1压紧在底座1的上表面上，通过驱动足2-1与底座1之间的摩擦力驱动基体3的大幅运动，通过驱动足2-1与底座1之间的正压力驱动基体3的小幅运动；在非工作状态时，六个驱动单元2的轴线彼此平行。
在本部分优选实施例中，所述底座1保持固定，所述基体3用于装载精密操控对象，并输出沿底座1平面内任意方向的直线运动和绕基体3轴线方向的旋转运动，以及输出沿基体3轴线方向的升降运动和绕基体3平面内任意方向的摆动运动。
参照图4-图6所示，在本部分优选实施例中，六个驱动单元2采用压电陶瓷管作为能量转换元件，实现输入电能向输出机械能的转换；纵向伸缩压电陶瓷区域2-2为单分区压电陶瓷管，纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的内柱面和外柱面分别为两个不分区的电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域2-2轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足2-1沿所在驱动单元2的轴线方向的往复直线运动，如图5所示。
参照图4-图6所示，在本部分优选实施例中，横向弯曲压电陶瓷区域2-3为四分区压电陶瓷管，横向弯曲压电陶瓷区域2-3的内柱面为一个不分区电极，横向弯曲压电陶瓷区域2-3的外柱面包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域2-3轴线正交的任意方向的弯曲变形，进而带动驱动足2-1沿这个方向的往复摆动运动，如图6所示。
在本部分优选实施例中，驱动足2-1通过六个驱动单元2、基体3以及负载的重力与底座1接触压紧，因此可以承受较大的负载；基体3输出沿底座1平面内任意方向的直线运动和绕基体3轴线方向的旋转运动采用步进式驱动原理，因此其运动行程仅受限于底座1的尺寸，运动行程较大；基体3输出沿基体3轴线方向的升降运动和绕基体3平面内任意方向的摆动运动采用直接驱动原理，因此其运动行程受限于纵向伸缩压电陶瓷区域2-2以及横向弯曲压电陶瓷区域2-3的极限变形程度，运动行程较小。
在本部分优选实施例中，六个驱动单元2的个数可以增加，相似的驱动原理可以实现其负载能力的倍增。
实施例3：
参照图1、图4、图7、图8、图9、图10所示，一种如图1或图4所示的压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法包括以下情况：
当基体3沿底座1的平面内任意方向做直线运动时，包括以下步骤：
S100将六个驱动单元2均匀分为两组，且每组驱动单元2中的多个驱动单元2彼此间均不相邻，两组驱动单元2分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S110将驱动足2-1与底座1接触并压紧；
S120通过改变第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1抬起脱离底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座2，基体3保持不动；
S130第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标移动相反方向弯曲变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标移动相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1退回脱离底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1前进压紧底座2，基体3沿目标移动方向产生直线位移输出；
S140通过改变第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1放下压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座2，基体3保持不动；
S150第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；通过改变第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1抬起脱离底座2，基体3保持不动；
S160第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标移动相同方向弯曲变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标移动相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1前进压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1退回脱离底座2，基体3沿目标移动方向产生直线位移输出；
S170第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；通过改变第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1放下压紧底座2，基体3保持不动；
S180判断基体3是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S190；否则，返回步骤S120；
S190停止移动所述基体3。
具体的，以基体3沿Y轴负方向做直线运动为例说明，实施步骤S100和步骤S110，然后对第一组驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3分别施加如图7中U11和U21所示的激励电压信号，对第二组驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3分别施加如图7中U12和U22所示的激励电压信号，使它们带动每个驱动足2-1产生沿Y轴方向的往复摆动运动和沿Z轴方向的往复直线运动，每个驱动足2-1合成在YOZ平面内的单向矩形轨迹运动，由于两组驱动单元的动作时序存在一定的差别，因此可以实现基体3沿Y轴负方向连续的直线运动。通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现在该方向上的超精密运动。实施步骤S180和S190即可实现基体3的精确定位。在此过程中，六个驱动足2-1在底座1的接触平面上的运动方向和接触时序如图8所示，每一时刻至少有三个驱动足2-1与底座1接触以保证六足机器人的稳定定位，并实现沿Y轴负方向的超精密直线运动。
当基体3绕自身轴线方向做旋转运动时，包括以下步骤：
S200将六个驱动单元2均匀分为两组，且每组驱动单元2中的多个驱动单元2彼此间均不相邻，两组驱动单元2分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S210将驱动足2-1与底座1接触并压紧；
S220通过改变第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1抬起脱离底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座2，基体3保持不动；
S230第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标转动切线相反方向弯曲变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标转动切线相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1退回脱离底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1前进压紧底座2，基体3沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S240通过改变第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1放下压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座2，基体3保持不动；
S250第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；通过改变第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1抬起脱离底座2，基体3保持不动；
S260第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标转动切线相同方向弯曲变形；第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，通过改变第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3沿基体3目标转动切线相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1前进压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1退回脱离底座2，基体3沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S270第一组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不变形，第一组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；通过改变第二组驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元2中横向弯曲压电陶瓷区域2-3的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域2-3不变形；因此，第一组驱动单元2的驱动足2-1不动压紧底座1，第二组驱动单元2的驱动足2-1放下压紧底座2，基体3保持不动；
S280判断基体3是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S290；否则，返回步骤S220；
S290停止转动所述基体3。
具体的，以基体3绕Z轴方向做逆时针旋转运动为例说明，实施步骤S200和步骤S210，然后对第一组驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3分别施加如图9中U11和U21所示的激励电压信号，对第二组驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2和横向弯曲压电陶瓷区域2-3分别施加如图9中U12和U22所示的激励电压信号，使它们带动每个驱动足2-1产生沿基体3旋转圆周切线方向的往复摆动运动和沿Z轴方向的往复直线运动，每个驱动足2-1合成在基体3旋转圆周切线方向和Z轴方向构成的平面内的单向矩形轨迹运动，由于两组驱动单元的动作时序存在一定的差别，因此可以实现基体3绕Z轴方向做连续的逆时针旋转运动。通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现在该方向上的超精密运动。实施步骤S280和S290即可实现基体3的精确定位。在此过程中，六个驱动足2-1在底座1的接触平面上的运动方向和接触时序如图10所示，每一时刻至少有三个驱动足2-1与底座1接触以保证六足机器人的稳定定位，并实现绕Z轴方向的超精密逆时针旋转运动。
实施例4：
参照图1、图4、图11、图12、图13、图14所示，一种如图1或图4所示的压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法还包括以下情况：
当基体3沿基体3的轴线方向做升降运动时，包括以下步骤：
S300将驱动足2-1与底座1接触并压紧；
S310通过同时改变每个驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使它们产生相同的伸长变形或缩短变形；
S320在驱动足2-1与底座1之间正压力的作用下，每个驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的伸长变形或缩短变形带动基体3沿自身轴线方向做上升运动或下降运动；
S330判断基体3是否升降移动了指定位移，如果是，则执行步骤S340；否则，返回步骤S310；
S340停止升降所述基体3。
具体的，以基体3沿Z轴负方向做下降运动为例说明，六个驱动足2-1在负载以及自身重力的作用下与底座1接触压紧；对每个驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加相同的直流激励电压信号，使它们发生收缩变形，在六个驱动足2-1与底座1之间正压力的作用下，每个纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的缩短导致基体3沿Z轴负方向的下降运动，通过改变每个驱动单元2上激励电压信号的幅值，可以实现在该方向上的超精密运动。对每个驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加的激励电压信号如图11中U所示，每个纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的变形以及基体3的运动如图12所示。与以上步骤相似，通过改变对每个驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加的激励电压信号的极性，使每个驱动单元2发生伸长变形，就可以实现基体3沿Z轴正方向做超精密上升运动。
当基体3绕自身平面内任意方向做摆动运动时，包括以下步骤：
S400将驱动足2-1与底座1接触并压紧；
S410通过同时改变每个驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的激励电压信号，使它们在伸长变形或缩短变形后各个驱动足2-1的末端质点仍在同一平面上；
S420在驱动足2-1与底座1之间正压力的作用下，六个驱动单元2中纵向伸缩压电陶瓷区域2-2不同幅度的伸长变形或缩短变形带动基体3绕自身平面内与摆动目标方向正交的水平轴线做摆动运动；
S430判断基体3是否摆动了指定位移，如果是，则执行步骤S440；否则，返回步骤S410；
S440停止摆动所述基体3。
具体的，以基体3绕X轴方向做顺时针摆动运动为例说明，六个驱动足2-1在负载以及自身重力的作用下与底座1接触压紧；对每个驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加成比例的直流激励电压信号，使它们发生收缩变形或伸长变形，通过控制每个纵向伸缩压电陶瓷区域2-2上施加激励电压信号的幅值，使变形后的所有驱动足2-1末端质点仍在同一平面上；在六个驱动足2-1与底座1之间正压力的作用下，基体3绕X轴方向做顺时针摆动运动，通过改变每个纵向伸缩压电陶瓷区域2-2上激励电压信号的幅值，可以实现该方向上的超精密运动。对从左至右的各个驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加的激励电压信号分别如图13中U1、U2、U3和U4所示，每个纵向伸缩压电陶瓷区域2-2的变形以及基体3的运动如图14所示；与以上步骤相似，通过调整对不同驱动单元2的纵向伸缩压电陶瓷区域2-2施加激励电压信号的幅值，使纵向伸缩压电陶瓷区域2-2产生收缩变形或伸长变形后各驱动足2-1末端质点处于另外的一个平面上，就可以实现基体3绕XOY平面内任意方向的超精密摆动运动。
本发明中的超精密运动六足机器人采用压电元件进行驱动。由于压电驱动是一种利用压电材料的逆压电效应实现驱动作用的新型驱动原理，基于逆压电效应所具有的高精度和快速响应的特点，压电驱动具有分辨力高、响应速度快以及结构设计灵活的优点，因此适合作为微操作机器人的基本致动机理。运用本发明中的激励方法，可以实现六足机器人的步进式超精密运动，所以可以同时实现大行程和超精密的运动要求。基于上述原因，本发明中提出的超精密运动六足机器人具有结构简单灵活、激励方法可靠易行的优点，在微纳操作等领域具有广泛的应用前景，并且对于扩充微操作机器人的构型设计和促进微操作机器人技术领域的进步也具有重要的意义。
Claims (6)
1.一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，应用于一种压电驱动的超精密运动六足机器人，所述六足机器人包括底座(1)、六个驱动单元(2)和基体(3)，其中，每个驱动单元(2)包括驱动足(2-1)、纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)和横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)；
所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)、所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)和所述底座(1)由上至下依次连接，所述六个驱动单元(2)沿圆周方向均匀安装在所述基体(3)的下表面上，所述驱动足(2-1)压紧在所述底座(1)的上表面，在非工作状态时，所述六个驱动单元(2)的轴线彼此平行，
其特征在于，当基体(3)沿底座(1)的平面内任意方向做直线运动时，包括以下步骤：
S100将六个驱动单元(2)均匀分为两组，且每组驱动单元(2)中的多个驱动单元(2)彼此间均不相邻，两组驱动单元(2)分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S110将驱动足(2-1)与底座(1)接触并压紧；
S120通过改变第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)抬起脱离底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S130第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标移动相反方向弯曲变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标移动相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)退回脱离底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)前进压紧底座(1)，基体(3)沿目标移动方向产生直线位移输出；
S140通过改变第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)放下压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S150第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；通过改变第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)抬起脱离底座(1)，基体(3)保持不动；
S160第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标移动相同方向弯曲变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标移动相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)前进压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)退回脱离底座(1)，基体(3)沿目标移动方向产生直线位移输出；
S170第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；通过改变第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)放下压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S180判断基体(3)是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S190；否则，返回步骤S120；
S190停止移动所述基体(3)；
当基体(3)绕自身轴线方向做旋转运动时，包括以下步骤：
S200将六个驱动单元(2)均匀分为两组，且每组驱动单元(2)中的多个驱动单元(2)彼此间均不相邻，两组驱动单元(2)分别记为第一组驱动单元和第二组驱动单元；
S210将驱动足(2-1)与底座(1)接触并压紧；
S220通过改变第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向收缩变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)抬起脱离底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S230第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标转动切线相反方向弯曲变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标转动切线相同方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)退回脱离底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)前进压紧底座(1)，基体(3)沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S240通过改变第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向伸长变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)放下压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S250第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；通过改变第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向收缩变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)抬起脱离底座(1)，基体(3)保持不动；
S260第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号保持不变，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标转动切线相同方向弯曲变形；第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，通过改变第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)沿基体(3)目标转动切线相反方向弯曲变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)前进压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)退回脱离底座(1)，基体(3)沿目标转动方向产生旋转位移输出；
S270第一组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不变形，第一组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；通过改变第二组驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)沿自身轴线方向伸长变形，第二组驱动单元(2)中横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的激励电压信号保持不变，使横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)不变形；因此，第一组驱动单元(2)的驱动足(2-1)不动压紧底座(1)，第二组驱动单元(2)的驱动足(2-1)放下压紧底座(1)，基体(3)保持不动；
S280判断基体(3)是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S290；否则，返回步骤S220；
S290停止转动所述基体(3)；
当基体(3)沿自身轴线方向做升降运动时，包括以下步骤：
S300将驱动足(2-1)与底座(1)接触并压紧；
S310通过同时改变每个驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使它们产生相同的伸长变形或缩短变形；
S320在驱动足(2-1)与底座(1)之间正压力的作用下，每个驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的伸长变形或缩短变形带动基体(3)沿自身轴线方向做上升运动或下降运动；
S330判断基体(3)是否升降移动了指定位移，如果是，则执行步骤S340；否则，返回步骤S310；
S340停止升降所述基体(3)，
当基体(3)绕自身平面内任意方向做摆动运动时，包括以下步骤：
S400将驱动足(2-1)与底座(1)接触并压紧；
S410通过同时改变每个驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的激励电压信号，使它们在伸长变形或缩短变形后各个驱动足(2-1)的末端质点仍在同一平面上；
S420在驱动足(2-1)与底座(1)之间正压力的作用下，六个驱动单元(2)中纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)不同幅度的伸长变形或缩短变形带动基体(3)绕自身平面内与摆动目标方向正交的水平轴线做摆动运动；
S430判断基体(3)是否摆动了指定位移，如果是，则执行步骤S440；否则，返回步骤S410；
S440停止摆动所述基体(3)。
2.根据权利要求1所述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，其特征在于，所述底座(1)保持固定，所述基体(3)输出沿底座(1)平面内任意方向的直线运动和绕基体(3)轴线方向的旋转运动，以及输出沿基体(3)轴线方向的升降运动和绕基体(3)平面内任意方向的摆动运动。
3.根据权利要求1所述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，其特征在于，所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)为单分区压电陶瓷管，所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的内柱面和外柱面分别为一个不分区电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)轴线方向的伸缩变形。
4.根据权利要求1所述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，其特征在于，所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)为层叠式直线型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别为一个不分区电极，在对所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)施加激励电压信号时将产生沿所述纵向伸缩压电陶瓷区域(2-2)轴线方向的伸缩变形。
5.根据权利要求1所述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，其特征在于，所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)为四分区压电陶瓷管，所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的内柱面为一个不分区电极，所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的外柱面包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)轴线正交的任意方向的弯曲变形。
6.根据权利要求1所述的一种压电驱动的超精密运动六足机器人的激励方法，其特征在于，所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)为层叠式弯曲型压电驱动器，由多片压电陶瓷沿横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的轴线方向依次连接而成，每片压电陶瓷的上下端面分别包括四个分区电极，处于对侧的两个分区电极为一组该方向的弯曲电极，在对所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)的两组弯曲电极施加激励电压信号时将产生沿与所述横向弯曲压电陶瓷区域(2-3)轴线正交的任意方向的弯曲变形。
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