【產(chǎn)通社，7月24日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，作為機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)稱驅(qū)動(dòng)常用于執(zhí)行抓取、剪切，或者某些微通道的快速對(duì)稱開(kāi)啟、關(guān)閉，以及其它需要產(chǎn)生對(duì)稱運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)與控制的領(lǐng)域。比如，人體內(nèi)的微創(chuàng)手術(shù)，包括精密剪切、抓取腫瘤細(xì)胞，以及更精細(xì)的視網(wǎng)膜顯微剪切手術(shù)等。在微機(jī)電領(lǐng)域，剪切或抓取操作本質(zhì)上可以歸結(jié)為末端執(zhí)行器的兩個(gè)線性對(duì)稱驅(qū)動(dòng)與操作。但是，目前幾乎沒(méi)有一種馬達(dá)可以直接產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱驅(qū)動(dòng)輸出，或者兩個(gè)對(duì)稱直線運(yùn)動(dòng)輸出的功能。通常，為了產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)，比較簡(jiǎn)單的方法是利用一對(duì)電機(jī)協(xié)同完成：將兩個(gè)馬達(dá)定子串聯(lián)或并聯(lián)在一起，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)子做相對(duì)運(yùn)動(dòng)；另外一種方案是借助一對(duì)反向螺紋副、或者一對(duì)反向齒輪副，將一個(gè)馬達(dá)輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成一對(duì)線性對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。也有報(bào)道，利用一個(gè)壓電疊堆與復(fù)雜的柔性鉸鏈機(jī)械結(jié)構(gòu)組合在一起，實(shí)現(xiàn)單向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換成雙輸出對(duì)稱驅(qū)動(dòng)。但是前兩種方案通常會(huì)使結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電路變得復(fù)雜，不利于器件的小型化和集成化；第三種方案通常只能產(chǎn)生非常有限的輸出行程及輸出力。因此，如何使一個(gè)馬達(dá)在不需要額外機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的前提下就可產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱驅(qū)動(dòng)，以及同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱直線運(yùn)動(dòng)輸出功能，對(duì)電機(jī)的微型化、精密化，以及驅(qū)動(dòng)性能的提升都具有重要意義。

近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院董蜀湘教授課題組在壓電微機(jī)電領(lǐng)域獨(dú)辟蹊徑：發(fā)明了一個(gè)壓電馬達(dá)，只需一個(gè)壓電陶瓷，就可產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱驅(qū)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)兩個(gè)對(duì)稱運(yùn)動(dòng)輸出功能。而傳統(tǒng)上，需要利用兩個(gè)壓電陶瓷（定子）來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)子和產(chǎn)生對(duì)稱運(yùn)動(dòng)輸出。本發(fā)明的壓電馬達(dá)，其基本思想是利用一塊（2×3）序構(gòu)壓電陶瓷激發(fā)一階縱振動(dòng)模態(tài)和三階彎振動(dòng)模態(tài)，即L1-B3復(fù)合振動(dòng)模態(tài)。這個(gè)振動(dòng)模態(tài)在其兩個(gè)端部產(chǎn)生方向相反的一對(duì)橢圓軌跡振動(dòng)，進(jìn)一步通過(guò)端部?jī)蓚�(gè)驅(qū)動(dòng)頭的界面摩擦耦合可以直接驅(qū)動(dòng)一對(duì)動(dòng)子（滑塊），以相同的速度產(chǎn)生對(duì)稱的、同步的向內(nèi)或向外的直線運(yùn)動(dòng)。即無(wú)需額外的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，同步實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)負(fù)載并產(chǎn)生對(duì)稱的相向或者背向運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖2。發(fā)明的新的壓電馬達(dá)工作機(jī)制，對(duì)傳統(tǒng)的一個(gè)壓電定子只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)動(dòng)子的工作原理做出了變革性的改變。同時(shí)，這種對(duì)稱驅(qū)動(dòng)機(jī)制使壓電馬達(dá)工作效率提高了一倍。

這一成果近期在線發(fā)表在Research上 （Q1區(qū)），題目為“A symmetric-actuating linear piezoceramic ultrasonic motor capable of producing a scissoring effect”，（DOI：10.34133/research.0156）。文章的第一作者是北京大學(xué)材料學(xué)院2018級(jí)博士生李占淼，董蜀湘是本文唯一通訊作者。該成果已同時(shí)申報(bào)中國(guó)發(fā)明專利一項(xiàng)。

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