CN109980989B - 一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法，属于压电驱动技术领域。解决了目前的微细物体操作器结构复杂、行程不足和自由度单一的技术问题。所述微细物体操作器由末端卡爪、驱动足、压电陶瓷管以及基座组成，其中压电陶瓷管为主要驱动元件，用以产生弯曲变形和伸缩变形，进而通过驱动足驱动末端卡爪的运动。本发明中的操作器可以通过多种激励方法产生末端卡爪沿自身轴线和绕自身轴线的超精密直线和旋转运动。基于不同的激励方法和工作场合，压电陶瓷管和驱动足的数量可以做出变化。本发明中的微细物体操作器结构紧凑、布置灵活，激励方法灵活多样、可靠性高，便于应用在需要进行微细物体操作的技术领域。

Description

一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法
技术领域
本发明属于压电驱动技术领域，特别是涉及一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法。
背景技术
随着科学技术的发展，人类对于微细物体的操作能力逐渐达到了亚微米乃至纳米尺度，这为人类的生产和生活带来了巨大的影响，显微手术、超高密度芯片、细胞操作、光纤对接与传输以及基因诊断等领域都需要对及其微细的物体进行操作和控制。利用逆压电效应，压电材料可以实现相当高的定位精度，因此压电驱动在这些领域中得到了十分广泛的应用。但是现有的压电驱动微细物体操作器普遍存在结构复杂、运动范围小、仅可实现单自由度运动以及激励方法单一等不足，因此发明一种可以实现大尺度和纳米级分辨力的超精密微细物体操作器对于生命科学、微纳米技术以及超精密领域具有十分重要的意义，它也受到了广泛的关注和研究。
要实现微细物体的精准操作，往往不需要操作器具有很大的驱动力，但是精准的定位、紧凑的结构以及稳定的激励方法却是其所必需的，结合大尺度和纳米级分辨力的驱动要求，本发明利用压电陶瓷管作为主要驱动元件，提出了一种结构紧凑、布置灵活多样的微细物体操作器的结构，并针对这种结构提出了多种不同的激励方法，用以满足不同的性能指标和应用条件，可以在一定程度上解决现有微细物体操作器所存在的一些弊端，在涉及微细物体操作的技术领域中具有广泛的应用前景，也会对扩展压电驱动的应用范围以及支持相关技术领域的发展产生深远的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微细物体操作器普遍存在的行程不足、结构复杂、难以实现多自由度驱动以及激励方法单一的技术问题，从而提出了一种两自由度超精密微细物体操作器及其激励方法。所采取的技术方案如下：
一种两自由度超精密微细物体操作器，所述操作器包括末端卡爪1、驱动足2、压电陶瓷管3以及基座4；所述末端卡爪1上设置有中心套或中心轴，所述基座4上设置有中心轴或中心套，所述末端卡爪1通过中心套或中心轴固定套装于所述基座4的中心轴或中心套上，并且只能做绕中心轴或中心套轴线方向的旋转运动以及沿中心轴或中心套轴线方向的直线运动；所述基座4保持固定，所述末端卡爪1输出沿自身轴线方向的直线运动和绕自身轴线方向的旋转运动；所述压电陶瓷管3的上端面与驱动足2固定连接，所述压电陶瓷管3的下端面与基座4固定连接。
进一步地，所述末端卡爪1上设置有与自身轴线平行的圆柱体或圆筒体结构；所述压电陶瓷管3的轴线与所述末端卡爪1的轴线平行；所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧，或者，所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧；当所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体结构的内柱面；当所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体或圆柱体的外柱面；在以上两种安装方式下，所述驱动足2均通过摩擦力驱动末端卡爪2的超精密运动。
进一步地，所述驱动足2和压电陶瓷管3的个数为大于0的整数，增加驱动足2和压电陶瓷管3的数量实现所述微细物体操作器负载能力的倍增。
进一步地，所述末端卡爪1上设置有卡紧机构，用以连接末端执行器，所述末端执行机构包括微细物体操作钳、微细物体注射管、微细物体穿刺针以及微细物体切割刀。
进一步地，所述压电陶瓷管3由圆管形压电陶瓷组成；所述压电陶瓷管3的内柱面为单个不分区电极五3-5，用于连接激励电压信号的参考端；所述压电陶瓷管1的外柱面包括上下两部分，其中所述外柱面下部分为单个不分区电极六3-6，其中所述外柱面上部分包括均匀等分的分区电极一3-1、分区电极二3-2、分区电极三3-3和分区电极四3-4，其中，分区电极一3-1和分区电极四3-4位置相对而不相邻，分区电极二3-2和分区电极三3-3位置相对而不相邻；所述外柱面不分区电极六3-6为轴向伸缩电极，施加激励电压信号后产生沿压电陶瓷管3轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足2沿压电陶瓷管3轴线方向的直线运动；所述分区电极一3-1和分区电极四3-4为一对切向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿与末端卡爪1的接触点的切线方向的摆动运动；所述分区电极二3-2和分区电极三3-3为一对径向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿与末端卡爪1的接触点的径向方向的摆动运动。
进一步地，所述驱动足2的末端质点在其运动范围内实现任意闭合轨迹运动，所述任意闭合轨迹运动包括往复直线运动、往复圆弧线运动、往复多边形运动和往复椭圆形运动。
一种两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，包括以下步骤：
步骤一：末端卡爪1沿自身轴线方向做正方向直线运动；
步骤二：末端卡爪1沿自身轴线方向做反方向直线运动；
步骤三：末端卡爪1绕自身轴线方向做顺时针旋转运动；
步骤四：末端卡爪1绕自身轴线方向做逆时针旋转运动；
所述步骤一至步骤四的顺序根据需要自由调整。
进一步地，所述驱动足2和压电陶瓷管3的个数为大于0的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
第二步、对不分区电极六3-6施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
第三步、对不分区电极六3-6施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤二具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
第二步、对不分区电极六3-6施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
第三步、对不分区电极六3-6施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤三具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
第二步、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
第三步、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤四具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
第二步、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
第三步、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
进一步地，所述驱动足2和压电陶瓷管3的个数为大于0的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
第二步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤二具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
第二步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤三具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
第二步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤四具体过程为：
第一步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
第二步、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
进一步地，所述驱动足2和压电陶瓷管3的个数为大于1的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动驱动足2沿末端卡爪1的轴线反方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动驱动足2沿末端卡爪1的轴线正方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2推动末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对除第二步至第七步中所述压电陶瓷管3以外的压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
所述步骤二具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动驱动足2沿末端卡爪1的轴线正方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动驱动足2沿末端卡爪1的轴线反方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2推动末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3下部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对除第二步至第七步中所述压电陶瓷管3以外的压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
所述步骤三具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2推动末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对除第二步至第七步中所述压电陶瓷管3以外的压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
所述步骤四具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，所述压电陶瓷管3导致驱动足2推动末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，同时对该压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管3上部分不变形，所述压电陶瓷管3导致驱动足2不运动等待其他压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对除第二步至第七步中所述压电陶瓷管3以外的压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
其中，所述激励电压信号幅值的施加速度中，缓慢所指的施加速度要小于快速所指的施加速度。
本发明有益效果：
本发明利用多分区的压电陶瓷管作为主要驱动元件，通过合理而紧凑的结构设计将不同的激励方法进行整合，提出了一种能够输出超精密直线和旋转运动两自由度微细物体操作器。本发明通过将压电陶瓷管设置不同的分区来生成驱动足的多种运动形式，以此满足不同激励方法对结构的要求，使得操作器结构灵活多样；本发明通过不同的激励方法实现多种驱动原理的整合，进而可以使得操作器以多种形式输出超精密的直线和旋转的两自由度运动，以此适应不同的工作场合和性能指标要求；本发明利用步进式压电驱动原理，通过调整激励信号的幅值与施加时间可以实现操作器的大尺度和纳米级分辨力运动输出；此外，本发明结构紧凑、布置灵活，激励方法灵活多样、可靠性高，便于操作和应用。根据相似的驱动原理和结构设计，相似的构型和激励方法同样适用，本发明具有良好的可扩展性和技术应用价值。因此，本发明在微细物体的操作以及压电驱动器的设计和制作领域具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为具有一个压电陶瓷管和一个驱动足且驱动足与末端卡爪的内柱面接触的两自由度超精密微细物体操作器的三维结构示意图；
图2为具有一个压电陶瓷管和一个驱动足且驱动足与末端卡爪的外柱面接触的两自由度超精密微细物体操作器的三维结构示意图；
图3为具有两个压电陶瓷管和两个驱动足且驱动足与末端卡爪的内柱面接触的两自由度超精密微细物体操作器的三维结构示意图；
图4为具有两个压电陶瓷管和两个驱动足且驱动足与末端卡爪的外柱面接触的两自由度超精密微细物体操作器的三维结构示意图；
图5为本发明中压电陶瓷管的内外柱面电极的分区示意图；
图6为本发明中压电陶瓷管的各个分区极化方向相同的极化方式示意图；
图7为本发明中压电陶瓷管的各个分区极化方向不同的极化方式示意图；
图8为微细物体操作器在实施例三中实现正方向直线运动或顺时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图9为微细物体操作器在实施例三中实现反方向直线运动或逆时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图10为微细物体操作器在实施例三中驱动足末端质点相对于末端卡爪展开平面的运动轨迹示意图；
图11为微细物体操作器在实施例四中实现正方向直线运动或顺时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图12为微细物体操作器在实施例四中实现反方向直线运动或逆时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图13为微细物体操作器在实施例四中驱动足末端质点相对于末端卡爪展开平面的运动轨迹示意图；
图14为微细物体操作器在实施例五中实现正方向直线运动或顺时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图15为微细物体操作器在实施例五中实现反方向直线运动或逆时针旋转运动时所需要施加的激励电压信号示意图；
图16为微细物体操作器在实施例五中驱动足末端质点相对于末端卡爪展开平面的运动轨迹示意图，其中(a)为实现正方向直线或旋转运动时驱动足的运动轨迹示意图，(b)为实现反方向直线或旋转运动时驱动足的运动轨迹示意图。
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。
实施例一：
下面结合说明书附图1、图2、图5、图6、图7对本实施例做进一步详细说明。本实施例提供了一种如图1或图2所示的利用压电陶瓷管作为主要驱动元件的两自由度超精密微细物体操作器。所述操作器包括一个末端卡爪1、一个驱动足2、一个压电陶瓷管3以及一个基座4；所述末端卡爪1上设置有中心套或中心轴，所述基座4上设置有中心轴或中心套，所述末端卡爪1通过中心套或中心轴固定套装于所述基座4的中心轴或中心套上，并且只能做绕中心轴或中心套轴线方向的旋转运动以及沿中心轴或中心套轴线方向的直线运动；所述基座4保持固定，所述末端卡爪1输出沿自身轴线方向的直线运动和绕自身轴线方向的旋转运动；所述压电陶瓷管3的上端面与驱动足2固定连接，所述压电陶瓷管3的下端面与基座4固定连接；所述压电陶瓷管3用于将输入电能转换为机械能输出，进而驱动末端卡爪1的运动；所述驱动足2用于将压电陶瓷管3的运动传递到末端卡爪，使其产生沿其轴线方向的直线运动和绕其轴线方向的旋转运动。
在本实施例中，所述末端卡爪1的下部设置有与自身轴线平行的圆柱体或圆筒体结构，驱动足2与其内柱面或外柱面相接触，通过摩擦力驱动末端卡爪1的两自由度超精密运动，分别如图1和图2所示；所述压电陶瓷管3的轴线与所述末端卡爪1的轴线平行；所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧，或者，所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧；当所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体结构的内柱面；当所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体或圆柱体的外柱面。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3和驱动足2的数量均为一个，但是，增加压电陶瓷管3和驱动足2的数量相似的激励方法同样适用，可以实现所述微细物体操作器负载能力的倍增。
在本实施例中，所述末端卡爪1上设置有卡紧机构，用以连接连接末端执行机构，所述末端执行机构包括但不限于微细物体操作钳、微细物体注射管、微细物体穿刺针以及微细物体切割刀等，通过将末端卡爪1的两自由度超精密运动传递到末端执行机构完成调姿和进给动作，以此可用于细胞操作、光学调整、光纤对接、显微手术、超精密加工以及其他的相关应用领域。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3由圆管形压电陶瓷组成；所述压电陶瓷管3的表面电极分区如图5所示，其内柱面电极为单个不分区电极五3-5，其外柱面包括上下两部分，其中所述外柱面下部分为单个不分区电极六3-6，其中所述外柱面上部分包括均匀等分的分区电极一3-1、分区电极二3-2、分区电极三3-3和分区电极四3-4，其中，分区电极一3-1和分区电极四3-4位置相对而不相邻，分区电极二3-2和分区电极三3-3位置相对而不相邻；所述内柱面不分区电极五3-5为公共电极，用于连接激励电压信号的参考端；所述外柱面不分区电极六3-6为轴向伸缩电极，对其施加激励电压信号后产生沿压电陶瓷管3轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足2沿压电陶瓷管3轴线方向的直线运动；所述分区电极一3-1和分区电极四3-4为一对切向弯曲电极，在对其施加激励电压信号后，它们对应的压电陶瓷区域分别伸长和缩短，从而使压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿其与末端卡爪1的接触点的切线方向的摆动运动；所述分区电极二3-2和分区电极三3-3为一对径向弯曲电极，在对其施加激励电压信号后，它们对应的压电陶瓷区域分别伸长和缩短，从而使压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿其与末端卡爪1的接触点的径向方向的摆动运动。
在本实施例中，所述驱动足2的末端质点在其运动范围内实现任意闭合轨迹运动，所述任意闭合轨迹运动包括往复直线运动、往复圆弧线运动、往复多边形运动和往复椭圆形运动，因此可以运用多种激励方法驱动末端卡爪的超精密运动。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3中各个分区电极对应的压电陶瓷区域的极化方向可以相同也可以相反，其极化方向如图6或图7所示。对于图6所示的极化方式，所有分区的极化方向均由内柱面指向外柱面，此时同一个弯曲电极对中的两个电极需要施加极性相反的激励电压信号以得到想要的弯曲变形；对于图7所示的极化方式，每个弯曲电极对一个分区的极化方向由内柱面指向外柱面，而另一个分区由外柱面指向内柱面，此时同一个弯曲电极对中的两个电极需要施加极性相同的激励电压信号以得到想要的弯曲变形。
实施例二：
下面结合说明书附图3、图4、图5、图6、图7对本实施例做进一步详细说明。本实施例提供了一种如图3或图4所示的利用压电陶瓷管作为主要驱动元件的两自由度超精密微细物体操作器。所述操作器包括一个末端卡爪1、两个驱动足2、两个压电陶瓷管3以及一个基座4；所述末端卡爪1上设置有中心套或中心轴，所述基座4上设置有中心轴或中心套，所述末端卡爪1通过中心套或中心轴固定套装于所述基座4的中心轴或中心套上，并且只能做绕中心轴或中心套轴线方向的旋转运动以及沿中心轴或中心套轴线方向的直线运动；所述基座4保持固定，所述末端卡爪1输出沿自身轴线方向的直线运动和绕自身轴线方向的旋转运动；所述压电陶瓷管3的上端面与驱动足2固定连接，所述压电陶瓷管3的下端面与基座4固定连接；所述压电陶瓷管3用于将输入电能转换为机械能输出，进而驱动末端卡爪1的运动；所述驱动足2用于将压电陶瓷管3的运动传递到末端卡爪，使其产生沿其轴线方向的直线运动和绕其轴线方向的旋转运动。
在本实施例中，所述末端卡爪1的下部设置有与自身轴线平行的圆柱体或圆筒体结构，驱动足2与其内柱面或外柱面相接触，通过摩擦力驱动末端卡爪1的两自由度超精密运动，分别如图3和图4所示；所述压电陶瓷管3的轴线与所述末端卡爪1的轴线平行；所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧，或者，所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧；当所述驱动足2套置于所述末端卡爪1的内侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体结构的内柱面；当所述驱动足2整体置于所述末端卡爪2的外侧时，驱动足2压紧在末端卡爪1圆筒体或圆柱体的外柱面。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3和驱动足2的数量均为两个，但是，增加压电陶瓷管3和驱动足2的数量相似的激励方法同样适用，可以实现所述微细物体操作器负载能力的倍增。
在本实施例中，所述末端卡爪1上设置有卡紧机构，用以连接连接末端执行机构，所述末端执行机构包括但不限于微细物体操作钳、微细物体注射管、微细物体穿刺针以及微细物体切割刀等，通过将末端卡爪1的两自由度超精密运动传递到末端执行机构完成调姿和进给动作，以此可用于细胞操作、光学调整、光纤对接、显微手术、超精密加工以及其他的相关应用领域。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3由圆管形压电陶瓷组成；所述压电陶瓷管3的表面电极分区如图5所示，其内柱面电极为单个不分区电极五3-5，其外柱面包括上下两部分，其中所述外柱面下部分为单个不分区电极六3-6，其中所述外柱面上部分包括均匀等分的分区电极一3-1、分区电极二3-2、分区电极三3-3和分区电极四3-4，其中，分区电极一3-1和分区电极四3-4位置相对而不相邻，分区电极二3-2和分区电极三3-3位置相对而不相邻；所述内柱面不分区电极五3-5为公共电极，用于连接激励电压信号的参考端；所述外柱面不分区电极六3-6为轴向伸缩电极，对其施加激励电压信号后产生沿压电陶瓷管3轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足2沿压电陶瓷管3轴线方向的直线运动；所述分区电极一3-1和分区电极四3-4为一对切向弯曲电极，在对其施加激励电压信号后，它们对应的压电陶瓷区域分别伸长和缩短，从而使压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿其与末端卡爪1的接触点的切线方向的摆动运动；所述分区电极二3-2和分区电极三3-3为一对径向弯曲电极，在对其施加激励电压信号后，它们对应的压电陶瓷区域分别伸长和缩短，从而使压电陶瓷管3产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足2沿其与末端卡爪1的接触点的径向方向的摆动运动。
在本实施例中，所述驱动足2的末端质点在其运动范围内实现任意闭合轨迹运动，所述任意闭合轨迹运动包括往复直线运动、往复圆弧线运动、往复多边形运动和往复椭圆形运动，因此可以运用多种激励方法驱动末端卡爪的超精密运动。
在本实施例中，所述压电陶瓷管3中各个分区电极对应的压电陶瓷区域的极化方向可以相同也可以相反，其极化方向如图6或图7所示。对于图6所示的极化方式，所有分区的极化方向均由内柱面指向外柱面，此时同一个弯曲电极对中的两个电极需要施加极性相反的激励电压信号以得到想要的弯曲变形；对于图7所示的极化方式，每个弯曲电极对一个分区的极化方向由内柱面指向外柱面，而另一个分区由外柱面指向内柱面，此时同一个弯曲电极对中的两个电极需要施加极性相同的激励电压信号以得到想要的弯曲变形。
实施例三：
下面结合说明书附图1、图2、图7、图8、图9、图10对本实施例做进一步详细说明。本实施例提供了一种基于图1或图2所示的两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，该激励方法可以实现末端卡爪1的大尺度两自由度超精密运动，包括沿其轴线方向的双向直线运动和绕其轴线方向的双向旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间可以使其实现纳米级分辨力。本实施例中压电陶瓷管3的极化方式如图7所示。本实施例中驱动足2和压电陶瓷管3的个数均为一个，但是增加它们的个数本实施例同样适用，在施加相同激励信号的情况下增加它们的数量会增加末端卡爪1的负载能力。
实现末端卡爪1沿其轴线方向做正方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
步骤二、对不分区电极六3-6施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
步骤三、对不分区电极六3-6施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
步骤四、重复步骤二至步骤三，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向超精密直线运动，对轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)施加的激励电压信号如图8所示；
实现末端卡爪1沿其轴线方向做反方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
步骤二、对不分区电极六3-6施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
步骤三、对不分区电极六3-6施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
步骤四、重复步骤二至步骤三，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向超精密直线运动，对轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)施加的激励电压信号如图9所示；
实现末端卡爪1绕其轴线方向做正方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
步骤二、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
步骤三、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
步骤四、重复步骤二至步骤三，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针超精密旋转运动；对切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)施加的激励电压信号如图8所示；
实现末端卡爪1绕其轴线方向做反方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加直流电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2靠近或远离末端卡爪1，以此调整驱动足2和末端卡爪1之间的压紧力；
步骤二、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足2与末端卡爪1之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
步骤三、对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪1的惯性的作用下，末端卡爪1和驱动足2之间发生相对滑动而保持静止；
步骤四、重复步骤二至步骤三，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针超精密旋转运动，对切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)施加的激励电压信号如图9所示。
在本实施例中，所述操作器实现超精密运动时驱动足2末端质点沿末端卡爪1的轴线方向和沿接触点的切线方向的运动轨迹如图10所示，并利用驱动足2两个方向速度的不同来实现末端卡爪1的两自由度超精密运动。
实施例四：
下面结合说明书附图1、图2、图7、图11、图12、图13对本实施例做进一步详细说明。本实施例提供了一种基于图1或图2所示的两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，该激励方法可以实现末端卡爪1的大尺度两自由度超精密运动，包括沿其轴线方向的双向直线运动和绕其轴线方向的双向旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间可以使其实现纳米级分辨力。本实施例中压电陶瓷管3的极化方式如图7所示。本实施例中驱动足2和压电陶瓷管3的个数均为一个，但是增加它们的个数本实施例同样适用，在施加相同激励信号的情况下增加它们的数量会增加末端卡爪1的负载能力。
实现末端卡爪1沿其轴线方向做正方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
步骤二、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
步骤三、重复步骤一至步骤二，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向超精密直线运动，对轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)以及径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)施加的激励电压信号分别如图11中U1和U2所示；
实现末端卡爪1沿其轴线方向做反方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
步骤二、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3伸缩变形带动驱动足2沿压电陶瓷管3的轴线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
步骤三、重复步骤一至步骤二，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向超精密直线运动，对轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)以及径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)施加的激励电压信号分别如图12中U1和U2所示；
实现末端卡爪1绕其轴线方向做正方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
步骤二、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
步骤三、重复步骤一至步骤二，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针超精密旋转运动，对切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)以及径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)施加的激励电压信号分别如图11中U1和U2所示；
实现末端卡爪1绕其轴线方向做反方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
步骤一、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，上述两个运动合成驱动足2的斜线运动，导致末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
步骤二、对不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管3弯曲变形带动驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，上述两个运动合成驱动足2-1的斜线运动，运动平台1保持静止；
步骤三、重复步骤一至步骤二，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针超精密旋转运动，对切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)以及径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)施加的激励电压信号分别如图12中U1和U2所示。
在本实施例中，所述操作器实现超精密运动时驱动足2末端质点沿末端卡爪1的轴线方向和沿接触点的切线方向的运动轨迹如图13所示，并利用驱动足2不同方向的斜线轨迹运动实现末端卡爪1沿不同方向的超精密运动。
实施例五：
下面结合说明书附图3、图4、图7、图14、图15、图16对本实施例做进一步详细说明。本实施例提供了一种基于图3或图4所示的两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，该激励方法可以实现末端卡爪1的大尺度两自由度超精密运动，包括沿其轴线方向的双向直线运动和绕其轴线方向的双向旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间可以使其实现纳米级分辨力。本实施例中压电陶瓷管3的极化方式如图7所示。本实施例中驱动足2和压电陶瓷管3的个数均为两个，但是增加它们的个数本实施例同样适用，在施加相似激励信号的情况下增加它们的数量会增加末端卡爪1的负载能力。
实现末端卡爪1沿其轴线方向做正方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
第一步：对两个压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动左侧驱动足2沿末端卡爪1的轴线反方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动左侧驱动足2沿末端卡爪1的轴线正方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2推动末端卡爪1沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对右侧压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位落后180°的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的正方向超精密直线运动，对左侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)还有右侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)施加的激励电压信号分别如图14中U11、U21、U12、U22所示。
实现末端卡爪1沿其轴线方向做反方向直线运动的激励方法包括以下步骤：
第一步：对两个压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动左侧驱动足2沿末端卡爪1的轴线正方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分伸缩变形带动左侧驱动足2沿末端卡爪1的轴线反方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2推动末端卡爪1沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的不分区电极六3-6施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3下部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对右侧压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位落后180°的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1沿自身轴线方向连续的反方向超精密直线运动，对左侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)还有右侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及轴向伸缩电极(不分区电极六3-6)施加的激励电压信号分别如图15中U11、U21、U12、U22所示。
实现末端卡爪1绕其轴线方向做正方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
第一步：对两个压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2推动末端卡爪1绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对右侧压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位落后180°的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的顺时针超精密旋转运动，对左侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)还有右侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)施加的激励电压信号分别如图15中U11、U21、U12、U22所示。
实现末端卡爪1绕其轴线方向做反方向旋转运动的激励方法包括以下步骤：
第一步：对两个压电陶瓷管3的不分区电极五3-5施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从靠近末端卡爪1的位置摆动到远离末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2脱离末端卡爪1而不产生驱动作用；
第三步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值上升的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线正方向移动，左侧压电陶瓷管3导致驱动足2退回而不产生驱动作用；
第四步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2从远离末端卡爪1的位置摆动到靠近末端卡爪1的位置，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2压紧末端卡爪1但不产生驱动作用；
第五步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第六步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值下降的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分弯曲变形带动左侧驱动足2沿驱动足2与末端卡爪1接触点的切线反方向移动，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2推动末端卡爪1绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对左侧压电陶瓷管3的分区电极二3-2和分区电极三3-3施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，同时对左侧压电陶瓷管3的分区电极一3-1和分区电极四3-4施加幅值不变的激励电压信号，左侧压电陶瓷管3上部分不变形，左侧压电陶瓷管3导致左侧驱动足2不运动等待右侧压电陶瓷管3的动作而不产生驱动作用；
第八步：对右侧压电陶瓷管3施加与第二步至第七步中所述激励电压信号波形相同相位落后180°的激励电压信号，使每一时刻至少有一个驱动足2与末端卡爪1压紧；
第九步：重复第二步至第八步，每个驱动足2形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪1绕自身轴线方向连续的逆时针超精密旋转运动，对左侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)还有右侧压电陶瓷管3的径向弯曲电极对(分区电极二3-2和分区电极三3-3)以及切向弯曲电极对(分区电极一3-1和分区电极四3-4)施加的激励电压信号分别如图15中U11、U21、U12、U22所示。
在本实施例中，所述操作器实现超精密运动时两个驱动足2末端质点沿末端卡爪1的轴线方向和沿接触点的切线方向的运动轨迹如图16所示，并利用每个驱动足2如图16中(a)(b)所示的不同方向的矩形轨迹运动实现末端卡爪1沿不同方向的超精密运动。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种两自由度超精密微细物体操作器，其特征在于，所述操作器包括末端卡爪(1)、驱动足(2)、压电陶瓷管(3)以及基座(4)；
所述末端卡爪(1)上设置有中心套或中心轴，所述基座(4)上设置有中心轴或中心套，所述末端卡爪(1)通过中心套固定套装于所述基座(4)的中心轴上，或所述末端卡爪(1)通过中心轴上固定套装于所述基座(4)的中心套内，并且只能做绕中心轴或中心套轴线方向的旋转运动以及沿中心轴或中心套轴线方向的直线运动；
所述基座(4)保持固定，所述末端卡爪(1)输出沿自身轴线方向的直线运动和绕自身轴线方向的旋转运动；
所述压电陶瓷管(3)的上端面与驱动足(2)固定连接，所述压电陶瓷管(3)的下端面与基座(4)固定连接；
所述压电陶瓷管(3)由圆管形压电陶瓷组成；
所述压电陶瓷管(3)的内柱面为单个不分区电极五(3-5)，用于连接激励电压信号的参考端；
所述压电陶瓷管(1)的外柱面包括上下两部分，其中所述外柱面下部分为单个不分区电极六(3-6)，其中所述外柱面上部分包括均匀等分的分区电极一(3-1)、分区电极二(3-2)、分区电极三(3-3)和分区电极四(3-4)，其中，分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)位置相对而不相邻，分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)位置相对而不相邻；
所述外柱面不分区电极六(3-6)为轴向伸缩电极，施加激励电压信号后产生沿压电陶瓷管(3)轴线方向的伸缩变形，进而带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)轴线方向的直线运动；所述分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)为一对切向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管(3)产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足(2)沿与末端卡爪(1)的接触点的切线方向的摆动运动；
所述分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)为一对径向弯曲电极，施加激励电压信号后压电陶瓷管(3)产生偏离其轴线方向的弯曲变形，进而带动驱动足(2)沿与末端卡爪(1)的接触点的径向方向的摆动运动。
2.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述末端卡爪(1)上设置有与自身轴线平行的圆柱体或圆筒体结构；
所述压电陶瓷管(3)的轴线与所述末端卡爪(1)的轴线平行；
所述驱动足(2)套置于所述末端卡爪(1)的内侧，或者，所述驱动足(2)整体置于所述末端卡爪(2)的外侧；
当所述驱动足(2)套置于所述末端卡爪(1)的内侧时，驱动足(2)压紧在末端卡爪(1)圆筒体结构的内柱面；
当所述驱动足(2)整体置于所述末端卡爪(2)的外侧时，驱动足(2)压紧在末端卡爪(1)圆筒体或圆柱体的外柱面；
在以上两种安装方式下，所述驱动足(2)均通过摩擦力驱动末端卡爪(2)的超精密运动。
3.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的个数为大于0的整数，增加驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的数量实现所述微细物体操作器负载能力的倍增。
4.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述末端卡爪(1)上设置有卡紧机构，用以连接末端执行器，所述末端执行机构包括微细物体操作钳、微细物体注射管、微细物体穿刺针以及微细物体切割刀。
5.根据权利要求1所述的微细物体操作器，其特征在于，所述驱动足(2)的末端质点在其运动范围内实现任意闭合轨迹运动，所述任意闭合轨迹运动包括往复直线运动、往复圆弧线运动、往复多边形运动和往复椭圆形运动。
6.一种权利要求1所述两自由度超精密微细物体操作器的激励方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：末端卡爪(1)沿自身轴线方向做正方向直线运动；
步骤二：末端卡爪(1)沿自身轴线方向做反方向直线运动；
步骤三：末端卡爪(1)绕自身轴线方向做顺时针旋转运动；
步骤四：末端卡爪(1)绕自身轴线方向做逆时针旋转运动。
7.根据权利要求6所述微细物体操作器的激励方法，其特征在于，所述驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的个数为大于0的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加直流电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)靠近或远离末端卡爪(1)，以此调整驱动足(2)和末端卡爪(1)之间的压紧力；
第二步、对不分区电极六(3-6)施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足(2)与末端卡爪(1)之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
第三步、对不分区电极六(3-6)施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪(1)的惯性的作用下，末端卡爪(1)和驱动足(2)之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤二具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加直流电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)靠近或远离末端卡爪(1)，以此调整驱动足(2)和末端卡爪(1)之间的压紧力；
第二步、对不分区电极六(3-6)施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足(2)与末端卡爪(1)之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
第三步、对不分区电极六(3-6)施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪(1)的惯性的作用下，末端卡爪(1)和驱动足(2)之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的反方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤三具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加直流电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)靠近或远离末端卡爪(1)，以此调整驱动足(2)和末端卡爪(1)之间的压紧力；
第二步、对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值缓慢上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向缓慢移动至极限位置，在驱动足(2)与末端卡爪(1)之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
第三步、对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值快速下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向快速移动至初始位置，在末端卡爪(1)的惯性的作用下，末端卡爪(1)和驱动足(2)之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪(1)绕自身轴线方向连续的顺时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤四具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加直流电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)靠近或远离末端卡爪(1)，以此调整驱动足(2)和末端卡爪(1)之间的压紧力；
第二步、对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值缓慢下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向缓慢移动至极限位置，在驱动足(2)与末端卡爪(1)之间的静摩擦力的作用下，末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
第三步、对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值快速上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向快速移动至初始位置，在末端卡爪(1)的惯性的作用下，末端卡爪(1)和驱动足(2)之间发生相对滑动而保持静止；
第四步、重复第二步至第三步，实现末端卡爪(1)绕自身轴线方向连续的逆时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
8.根据权利要求6所述微细物体操作器的激励方法，其特征在于，所述驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的个数为大于0的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对不分区电极六(3-6)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线正方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2)的斜线运动，导致末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出；
第二步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对不分区电极六(3-6)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线反方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2-1)的斜线运动，运动平台(1)保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤二具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对不分区电极六(3-6)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线反方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2)的斜线运动，导致末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出；
第二步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对不分区电极六(3-6)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)伸缩变形带动驱动足(2)沿压电陶瓷管(3)的轴线正方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2-1)的斜线运动，运动平台(1)保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的反方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤三具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2)的斜线运动，导致末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出；
第二步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2-1)的斜线运动，运动平台(1)保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪(1)绕自身轴线方向连续的顺时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤四具体过程为：
第一步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值下降的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2)的斜线运动，导致末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出；
第二步、对不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位，对分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值上升的激励电压信号，压电陶瓷管(3)弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向移动，本步骤中的两个运动合成驱动足(2-1)的斜线运动，运动平台(1)保持静止；
第三步、重复第一步至第二步，实现末端卡爪(1)绕自身轴线方向连续的逆时针旋转运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
9.根据权利要求6所述微细物体操作器的激励方法，其特征在于，所述驱动足(2)和压电陶瓷管(3)的个数为大于1的整数时，所述步骤一具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管(3)的不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)脱离末端卡爪(1)而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分伸缩变形带动驱动足(2)沿末端卡爪(1)的轴线反方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)压紧末端卡爪(1)但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分伸缩变形带动驱动足(2)沿末端卡爪(1)的轴线正方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)推动末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生正方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第八步：对已经驱动的压电陶瓷管(3)以外的至少一个压电陶瓷管(3)施加与已经驱动的每个电压陶瓷管的第二步至第七步中的激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，重复第二步至第七步，使每一时刻至少有一个驱动足(2)与末端卡爪(1)压紧；
第九步：重复第八步直至所有的电压陶瓷管全部被激励，每个驱动足(2)形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤二具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管(3)的不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)脱离末端卡爪(1)而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分伸缩变形带动驱动足(2)沿末端卡爪(1)的轴线正方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)压紧末端卡爪(1)但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分伸缩变形带动驱动足(2)沿末端卡爪(1)的轴线反方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)推动末端卡爪(1)沿自身轴线方向产生反方向直线位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的不分区电极六(3-6)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)下部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第八步：对已经驱动的压电陶瓷管(3)以外的至少一个压电陶瓷管(3)施加与已经驱动的每个电压陶瓷管的第二步至第七步中的激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，重复第二步至第七步，使每一时刻至少有一个驱动足(2)与末端卡爪(1)压紧；
第九步：重复第八步直至所有的电压陶瓷管全部被激励，每个驱动足(2)形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤三具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管(3)的不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)脱离末端卡爪(1)而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)压紧末端卡爪(1)但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)推动末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生顺时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第八步：对已经驱动的压电陶瓷管(3)以外的至少一个压电陶瓷管(3)施加与已经驱动的每个电压陶瓷管的第二步至第七步中的激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，重复第二步至第七步，使每一时刻至少有一个驱动足(2)与末端卡爪(1)压紧；
第九步：重复第八步直至所有的电压陶瓷管全部被激励，每个驱动足(2)形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出；
所述步骤四具体过程为：
第一步：对所有压电陶瓷管(3)的不分区电极五(3-5)施加激励电压信号的参考电位；
第二步：对任意一个压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从靠近末端卡爪(1)的位置摆动到远离末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)脱离末端卡爪(1)而不产生驱动作用；
第三步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值上升的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线正方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)退回而不产生驱动作用；
第四步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)从远离末端卡爪(1)的位置摆动到靠近末端卡爪(1)的位置，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)压紧末端卡爪(1)但不产生驱动作用；
第五步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第六步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值下降的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分弯曲变形带动驱动足(2)沿驱动足(2)与末端卡爪(1)接触点的切线反方向移动，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)推动末端卡爪(1)绕自身轴线方向产生逆时针旋转位移输出而产生驱动作用；
第七步：对该压电陶瓷管(3)的分区电极二(3-2)和分区电极三(3-3)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，同时对该压电陶瓷管(3)的分区电极一(3-1)和分区电极四(3-4)施加幅值不变的激励电压信号，所述压电陶瓷管(3)上部分不变形，所述压电陶瓷管(3)导致驱动足(2)不运动等待其他压电陶瓷管(3)的动作而不产生驱动作用；
第八步：对已经驱动的压电陶瓷管(3)以外的至少一个压电陶瓷管(3)施加与已经驱动的每个电压陶瓷管的第二步至第七步中的激励电压信号波形相同相位不同的激励电压信号，重复第二步至第七步，使每一时刻至少有一个驱动足(2)与末端卡爪(1)压紧；
第九步：重复第八步直至所有的电压陶瓷管全部被激励，每个驱动足(2)形成时序不同的矩形轨迹运动，实现末端卡爪(1)沿自身轴线方向连续的正方向直线运动，通过调整激励电压信号的幅值和时间实现高分辨力输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111973275B (zh) * 2020-08-31 2021-06-15 哈尔滨工业大学 一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构
CN114750090A (zh) * 2022-04-12 2022-07-15 南京航空航天大学 一种基于管状ipmc驱动的可夹持装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008312308A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Alps Electric Co Ltd 振動型アクチュエータ
CN101895231A (zh) * 2010-07-30 2010-11-24 北京大学 一种微型二自由度平面运动压电电机
KR20100137161A (ko) * 2009-06-22 2010-12-30 (주)피에조테크놀리지 회전 압전 모터
CN106533248A (zh) * 2016-12-08 2017-03-22 南京航空航天大学 单定子三自由度超声电机及其工作方式
CN106549601A (zh) * 2016-12-08 2017-03-29 南京航空航天大学 基于超声作动原理的机器手及其工作方式

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008312308A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Alps Electric Co Ltd 振動型アクチュエータ
KR20100137161A (ko) * 2009-06-22 2010-12-30 (주)피에조테크놀리지 회전 압전 모터
CN101895231A (zh) * 2010-07-30 2010-11-24 北京大学 一种微型二自由度平面运动压电电机
CN106533248A (zh) * 2016-12-08 2017-03-22 南京航空航天大学 单定子三自由度超声电机及其工作方式
CN106549601A (zh) * 2016-12-08 2017-03-29 南京航空航天大学 基于超声作动原理的机器手及其工作方式

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