一种大推力大行程压电尺蠖作动器及其驱动方法

摘要

本发明公开了一种大推力大行程压电尺蠖作动器及其驱动方法，作动器包含固定筒、两个支撑环、两个固定环、压电致动单元、两个电机致动单元、两个防转单元和丝杆。压电致动单元包含压电叠堆、两个盖帽和两个圆柱拉簧；电机致动单元包含套筒、中空电机、柔性联轴器和箝位螺母，防转单元包含端盖和滚珠花键筒。工作时，利用两个中空电机交替地旋转两个箝位螺母至支撑面箝位，配合压电致动单元的伸缩推动丝杆小位移输出，周而复始最终实现双向大推力大行程作动。本发明既不产生电磁又不受电磁干扰，而且解除了其与压电致动单元匹配工作时存在的复杂耦合现象，便于驱动控制。

权利要求

1.一种大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，包括第一电机致动单元、第二电机致动单元、固定筒、第一至第二支撑环、第一至第二固定环、压电致动单元、第一防转单元、第二防转单元和丝杠；

所述固定筒为两端开口的空心圆柱体，内部沿轴向依次同轴地设置所述第一支撑环、第一固定环、第二固定环、第二支撑环，第一支撑环、第二支撑环结构相同对称设置，第一固定环、第二固定环结构相同对称设置；

所述压电致动单元包括第一至第二盖帽、压电叠堆、以及第一至第二圆柱拉簧；所述第一盖帽、第二盖帽均包含限位部和伸出部；所述限位部、伸出部均为空心圆柱体，且同轴固连，限位部直径小于第一固定环的通孔直径、伸出部直径大于第一固定环的通孔直径，且限位部远离伸出部的一端设有和所述压电叠堆端部相匹配的凹槽；

所述压电叠堆在周期电压信号激励下能够伸缩，其内部中空，两端分别置于第一盖帽、第二盖帽限位部的凹槽中；所述第一圆柱拉簧、第二圆柱拉簧对称设置在所述压电叠堆两侧，两端均分别通过拉钩和所述第一盖帽、第二盖帽的限位部固连，以预紧所述压电叠堆，保证有效的位移输出；

所述压电致动单元沿其轴线能够自由穿入所述丝杠，设置在所述第一固定环、第二固定环之间的固定筒内，其第一盖帽的伸出部从第一固定环的通孔中伸出、第二盖帽的伸出部从第二固定环的通孔中伸出；

所述第一电机致动单元、第二电机致动单元均包含套筒、中空电机、柔性联轴器和箝位螺母；其中，所述套筒为两端开口的空心圆柱，内置中空电机；所述箝位螺母包含同轴固连的法兰盘和螺纹筒，所述法兰盘外壁的直径大于第一支撑环的通孔直径，所述螺纹筒外壁的直径小于第一支撑环的通孔直径；

所述固定筒的两端分别和所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的一端同轴固连；所述第一电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第一固定环和第一限位环之间、螺纹筒从第一限位环的通孔伸出后通过第一电机致动单元的柔性联轴器和第一电机致动单元中空电机的转子同轴固连；所述第二电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第二固定环和第二限位环之间、螺纹筒从第二限位环的通孔伸出后通过第二电机致动单元的柔性联轴器和第二电机致动单元中空电机的转子同轴固连；

所述第一防转单元、第二防转单元均包括端盖和滚珠花键筒，其中，所述端盖中心设有用于安装所述滚珠花键筒的通孔；所述滚珠花键筒固定在所述端盖的通孔中，用于供丝杠穿过、使得丝杠只能轴线运动不能周向转动；

所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的另一端分别和所述第一防转单元、第二防转单元的端盖同轴固连；

所述丝杠两端的两侧螺纹牙上均沿轴向铣有花键通槽，以便能穿入第一和第二滚珠花键筒；所述丝杠穿过第一防转单元的滚珠花键筒后依次穿过第一电机致动单元的中空电机、柔性联轴器、箝位螺母，接着依次穿过压电致动单元的第一盖帽、压电叠堆、第二盖帽，最后依次穿过第二电机致动单元的箝位螺母、柔性联轴器、中空电机，第二防转单元的滚珠花键筒；其中，所述丝杠和第一防转单元、第二防转单元的滚珠花键筒相配合，和第一、第二电机致动单元的箝位螺母螺纹相连。

2.根据权利要求1所述的大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，所述套筒中的中空电机采用中空超声电机或中空电磁电机。

3.根据权利要求2所述的大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，所述套筒中的中空电机采用中空超声电机，包含基座、定子、轴承、挡圈和转子；

所述基座、定子、挡圈、转子均关于套筒轴线对称，在套筒轴线处均开有供所述丝杠穿过的通孔；

所述定子固定于基座；

所述转子的柔性端与定子相抵、转子的外壁通过轴承和所述挡圈的内壁相连；

所述基座、挡圈的外壁和所述套筒的内壁固连。

4.根据权利要求1所述的大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，所述丝杠采用梯形螺纹，以保证大推力驱动。

5.根据权利要求1所述的大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，还包括第一光栅编码器、第二光栅编码器，所述第一电机致动单元、第二电机致动单元的套筒上分别设有第一安装孔、第二安装孔，所述第一光栅编码器、第二光栅编码器分别设置在第一安装孔、第二安装孔中，分别用于测量第一电机致动单元、第二电机致动单元中箝位螺母的转速。

6.根据权利要求1所述的大推力大行程压电尺蠖作动器，其特征在于，所述固定筒包含两个圆筒和连接环，所述连接环在其内壁两端均设有内螺纹，所述两个圆筒在其一端均设有和连接环内螺纹相匹配的外螺纹，所述连接环两端分别和两个圆筒螺纹相连。

7.基于权利要求1所述大推力大行程压电尺蠖作动器的驱动方法，其特征在于，包含以下步骤：

令第一电机致动单元位于A侧、第二电机致动单元位于B侧，负载位于A侧或B侧施加由A侧朝B侧的力；

步骤1），驱动两个中空电机带动第一、第二电机致动单元的箝位螺母沿丝杠由A侧向B侧旋进，直至第一电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触压电致动单元第一盖帽的伸出部并将压电致动单元压紧至第二固定环，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环且和第二盖帽的伸出部之间存在间隙；

步骤2），驱动压电致动单元伸长带动丝杠和第一、第二电机致动单元的箝位螺母由B朝A运动，同时第二电机致动单元的箝位螺母在其中空电机的驱动下由A朝B继续旋进，此过程中第一电机致动单元的箝位螺母因和第一盖帽伸出部的摩擦力不发生转动；当所述压电致动单元伸长至最大行程时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环；

步骤3），驱动压电制动单元收缩，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘和第二支撑环相抵，阻止带载丝杠缩回，同时，第一电机致动单元的箝位螺母因负载力解除在中空电机的带动下沿丝杠向B旋进至压电致动单元第一盖帽的伸出部并将压电致动单元压紧至固定筒的第二固定环，此时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环且和第二盖帽的伸出部直径之间存在间隙；

步骤4），重复步骤2）至步骤3），累积压电制动单元的小位移，实现作动器大行程作动。

说明书

一种大推力大行程压电尺蠖作动器及其驱动方法

技术领域

[0001] 本发明涉及压电作动器领域，尤其涉及一种大推力大行程压电尺蠖作动器及其驱动方法。

背景技术

[0002] 数十年来，压电作动器因精度高、响应快，大输出力，强电磁兼容、断电自锁、设计灵活等优点在航空航天、微机器人、生物医学、精密加工及光学工程等领域获得广泛应用。
压电作动器是一种采用一定原理或结构将压电材料产生的微小应变累积或放大，进而实现
大行程输出的原动件。根据其利用的振动状态，可分为共振型和非共振性。其中，共振型带
有高工作频率，典型的代表是超声电机；而非共振型具有较低的工作频率，通常又包含两
类：尺蠖型和粘滑型。相比而言，尺蠖型压电作动器通常具有更大的承载能力。

[0003] 压电尺蠖作动器因模仿自然界中的一种昆虫——尺蠖的运动而命名，其通过交替箝位来累积压电叠堆的小步进位移，最终实现大推力大行程作动，在变体飞行器机翼折叠，
航天自适应结构调整等领域拥有巨大潜力。然而，国内外大多数该类型的作动器依靠直接
接触摩擦来实现箝位功能，限制了其承载能力和长时工作可靠性。为此，Loverich等人于
2007年在《Journal of intelligent material systems and structures》提出了一款使
用进给丝杠进行准静态运动累积的新型尺蠖压电作动器，实现了在压力负载下的大推力大
行程长时可靠作动，但受压电元件抗压不抗拉的特性，作动器无法实现在拉力负载下的逆
向作动；随后，时运来等人于2019年公开了一项名为“一种双向大推力压电直线作动器”的
专利（专利号，208579541），该作动器在Loverish所提结构的基础上，加入了对称配置的压
电叠堆，分别用于驱动拉力和压力负载，实现了双向大推力作动。但是，由于采用对称配置
的双压电叠堆，导致尺寸包络增大，结构不够紧凑。另外，因采用一台电磁电机驱动两个箝
位结构配合压电单元进行尺蠖作动，箝位结构和压电叠堆之间存在复杂的耦合，为匹配控
制带来困难，同时引入了电磁电机，造成作动器既带有电磁，又不抗电磁干扰。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中尺蠖压电作动器存在的复杂的耦合匹配控制、较长的尺寸包络、带有电磁且不抗电磁干扰等问题，提供一种大推力大行程压电尺蠖作
动器及其驱动方法。

[0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

[0006] 一种大推力大行程压电尺蠖作动器，包括第一电机致动单元、第二电机致动单元、固定筒、第一至第二支撑环、第一至第二固定环、压电致动单元、第一防转单元、第二防转单
元和丝杠；

[0007] 所述固定筒为两端开口的空心圆柱体，内部沿轴向依次同轴地设置所述第一支撑环、第一固定环、第二固定环、第二支撑环，第一支撑环、第二支撑环结构相同对称设置，第
一固定环、第二固定环结构相同对称设置；

[0008] 所述压电致动单元包括第一至第二盖帽、压电叠堆、以及第一至第二圆柱拉簧；所述第一盖帽、第二盖帽均包含限位部和伸出部；所述限位部、伸出部均为空心圆柱体，且同
轴固连，限位部直径小于第一固定环的通孔直径、伸出部直径大于第一固定环的通孔直径，
且限位部远离伸出部的一端设有和所述压电叠堆端部相匹配的凹槽；

[0009] 所述压电叠堆在周期电压信号激励下能够伸缩，其内部中空，两端分别置于第一盖帽、第二盖帽限位部的凹槽中；所述第一圆柱拉簧、第二圆柱拉簧对称设置在所述压电叠
堆两侧，两端均分别通过拉钩和所述第一盖帽、第二盖帽的限位部固连，以预紧所述压电叠
堆，保证有效的位移输出；

[0010] 所述压电致动单元沿其轴线能够自由穿入所述丝杠，设置在所述第一固定环、第二固定环之间的固定筒内，其第一盖帽的伸出部从第一固定环的通孔中伸出、第二盖帽的
伸出部从第二固定环的通孔中伸出；

[0011] 所述第一电机致动单元、第二电机致动单元均包含套筒、中空电机、柔性联轴器和箝位螺母；其中，所述套筒为两端开口的空心圆柱，内置中空电机；所述箝位螺母包含同轴
固连的法兰盘和螺纹筒，所述法兰盘外壁的直径大于第一支撑环的通孔直径，所述螺纹筒
外壁的直径小于第一支撑环的通孔直径；

[0012] 所述固定筒的两端分别和所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的一端同轴固连；所述第一电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第一固定环和第一限位环之
间、螺纹筒从第一限位环的通孔伸出后通过第一电机致动单元的柔性联轴器和第一电机致
动单元中空电机的转子同轴固连；所述第二电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第二固
定环和第二限位环之间、螺纹筒从第二限位环的通孔伸出后通过第二电机致动单元的柔性
联轴器和第二电机致动单元中空电机的转子同轴固连；

[0013] 所述第一防转单元、第二防转单元均包括端盖和滚珠花键筒，其中，所述端盖中心设有用于安装所述滚珠花键筒的通孔；所述滚珠花键筒固定在所述端盖的通孔中，用于供
丝杠穿过、使得丝杠只能轴线运动不能周向转动；

[0014] 所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的另一端分别和所述第一防转单元、第二防转单元的端盖同轴固连；

[0015] 所述丝杠两端的两侧螺纹牙上均沿轴向铣有花键通槽，以便能穿入第一和第二滚珠花键筒；所述丝杠穿过第一防转单元的滚珠花键筒后依次穿过第一电机致动单元的中空
电机、柔性联轴器、箝位螺母，接着依次穿过压电致动单元的第一盖帽、压电叠堆、第二盖
帽，最后依次穿过第二电机致动单元的箝位螺母、柔性联轴器、中空电机，第二防转单元的
滚珠花键筒；其中，所述丝杠和第一防转单元、第二防转单元的滚珠花键筒相配合，和第一、
第二电机致动单元的箝位螺母螺纹相连。

[0016] 作为本发明一种大推力大行程压电尺蠖作动器进一步的优化方案，所述套筒中的中空电机采用中空超声电机或中空电磁电机。

[0017] 作为本发明一种大推力大行程压电尺蠖作动器进一步的优化方案，所述套筒中的中空电机采用中空超声电机，包含基座、定子、轴承、挡圈和转子；

[0018] 所述基座、定子、挡圈、转子均关于套筒轴线对称，在套筒轴线处均开有供所述丝杠穿过的通孔；

[0019] 所述定子固定于基座；

[0020] 所述转子的柔性端与定子相抵、转子的外壁通过轴承和所述挡圈的内壁相连；

[0021] 所述基座、挡圈的外壁和所述套筒的内壁固连。

[0022] 作为本发明一种大推力大行程压电尺蠖作动器进一步的优化方案，所述丝杠采用梯形螺纹，以保证大推力驱动。

[0023] 作为本发明一种大推力大行程压电尺蠖作动器进一步的优化方案，还包括第一光栅编码器、第二光栅编码器，所述第一电机致动单元、第二电机致动单元的套筒上分别设有
第一安装孔、第二安装孔，所述第一光栅编码器、第二光栅编码器分别设置在第一安装孔、
第二安装孔中，分别用于测量第一电机致动单元、第二电机致动单元中箝位螺母的转速。

[0024] 作为本发明一种大推力大行程压电尺蠖作动器进一步的优化方案，所述固定筒包含两个圆筒和连接环，所述连接环在其内壁两端均设有内螺纹，所述两个圆筒在其一端均
设有和连接环内螺纹相匹配的外螺纹，所述连接环两端分别和两个圆筒螺纹相连。

[0025] 本发明还公开了一种该大推力大行程压电尺蠖作动器的驱动方法，包含以下步骤：

[0026] 令第一电机致动单元位于A侧、第二电机致动单元位于B侧，负载位于A侧或B侧施加由A侧朝B侧的力；

[0027] 步骤1），驱动两个中空电机带动第一、第二电机致动单元的箝位螺母沿丝杠由A侧向B侧旋进，直至第一电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触压电致动单元第一盖帽的伸出
部并将压电致动单元压紧至第二固定环，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支
撑环且和第二盖帽的伸出部之间存在间隙；

[0028] 步骤2），驱动压电致动单元伸长带动丝杠和第一、第二电机致动单元的箝位螺母由B朝A运动，同时第二电机致动单元的箝位螺母在其中空电机的驱动下由A朝B继续旋进，
此过程中第一电机致动单元的箝位螺母因和第一盖帽伸出部的摩擦力不发生转动；当所述
压电致动单元伸长至最大行程时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环；

[0029] 步骤3），驱动压电制动单元收缩，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘和第二支撑环相抵，阻止带载丝杠缩回，同时，第一电机致动单元的箝位螺母因负载力解除在中空电
机的带动下沿丝杠向B旋进至压电致动单元第一盖帽的伸出部并将压电致动单元压紧至固
定筒的第二固定环，此时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环且和第二
盖帽的伸出部之间存在间隙；

[0030] 步骤4），重复步骤2）至步骤3），累积压电制动单元的小位移，实现作动器大行程作动。

[0031] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

[0032] 1. 仅采用一个压电致动单元驱动, 精简了整机结构，降低了制造成本；

[0033] 2. 采用中空超声电机作为箝位螺母的驱动元件，充分利用了其能量密度高，响应快、断电自锁、电磁兼容性强的特性。同时，也使得整个作动器既不产生电磁又不受电磁干
扰；

[0034] 3. 采用两台中空电机分别驱动两个箝位螺母解除了其与压电致动单元匹配工作时存在的复杂耦合现象，便于驱动控制。

附图说明

[0035] 图1 为本发明的结构示意图；

[0036] 图2 为本发明中中空超声电机的结构示意图；

[0037] 图3 为本发明中压电致动单元的结构示意图；

[0038] 图4 为本发明中固定筒和第一电机致动单元、第二电机致动单元的套筒相配合的结构示意图；

[0039] 图5 为本发明在压力负载下的正向运动原理示意图；

[0040] 图6 为本发明在压力负载下的正向运动时序图；

[0041] 图7 为本发明在拉力负载下的逆向运动原理示意图；

[0042] 图8 为本发明在拉力负载下的逆向运动时序图。

[0043] 图中，1：滚珠花键筒，2：端盖，3：中空电机，3‑1：基座，3‑2：轴承，3‑3：挡圈，3‑4：转子，3‑5：定子，4：第一支撑环，5：扭簧联轴器，6：箝位螺母，7：压电致动单元，7‑1：盖帽，7‑2：
拉钩，7‑3：圆柱拉簧，7‑4：压电叠堆，8：丝杠，9：光栅编码器，10：固定筒，10‑1：套筒，10‑2：
圆筒，10‑3：连接环。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

[0045] 本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范
围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

[0046] 如图1所示，一种大推力大行程压电尺蠖作动器，包括第一电机致动单元、第二电机致动单元、固定筒、第一至第二支撑环、第一至第二固定环、压电致动单元、第一防转单
元、第二防转单元和丝杠。

[0047] 所述固定筒为两端开口的空心圆柱体，内部沿轴向依次同轴地设置所述第一支撑环、第一固定环、第二固定环、第二支撑环，第一支撑环、第二支撑环结构相同对称设置，第
一固定环、第二固定环结构相同对称设置。

[0048] 如图3所示，所述压电致动单元包括第一至第二盖帽、压电叠堆、以及第一至第二圆柱拉簧；所述第一盖帽、第二盖帽均包含限位部和伸出部；所述限位部、伸出部均为空心
圆柱体，且同轴固连，限位部直径小于第一固定环的通孔直径、伸出部直径大于第一固定环
的通孔直径，且限位部远离伸出部的一端设有和所述压电叠堆端部相匹配的凹槽；

[0049] 所述压电叠堆在周期电压信号激励下能够伸缩，其内部中空，两端分别置于第一盖帽、第二盖帽限位部的凹槽中；所述第一圆柱拉簧、第二圆柱拉簧对称设置在所述压电叠
堆两侧，两端均分别通过拉钩和所述第一盖帽、第二盖帽的限位部固连，以预紧所述压电叠
堆，保证有效的位移输出；

[0050] 所述压电致动单元沿其轴线能够自由穿入所述丝杠，设置在所述第一固定环、第二固定环之间的固定筒内，其第一盖帽的伸出部从第一固定环的通孔中伸出、第二盖帽的
伸出部从第二固定环的通孔中伸出；

[0051] 所述第一电机致动单元、第二电机致动单元均包含套筒、中空电机、柔性联轴器和箝位螺母；其中，所述套筒为两端开口的空心圆柱，内置中空电机；所述箝位螺母包含同轴
固连的法兰盘和螺纹筒，所述法兰盘外壁的直径大于第一支撑环的通孔直径，所述螺纹筒
外壁的直径小于第一支撑环的通孔直径；

[0052] 所述固定筒的两端分别和所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的一端同轴固连；所述第一电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第一固定环和第一限位环之
间、螺纹筒从第一限位环的通孔伸出后通过第一电机致动单元的柔性联轴器和第一电机致
动单元中空电机的转子同轴固连；所述第二电机致动单元的箝位螺母的法兰盘位于第二固
定环和第二限位环之间、螺纹筒从第二限位环的通孔伸出后通过第二电机致动单元的柔性
联轴器和第二电机致动单元中空电机的转子同轴固连；

[0053] 所述第一防转单元、第二防转单元均包括端盖和滚珠花键筒，其中，所述端盖中心设有用于安装所述滚珠花键筒的通孔；所述滚珠花键筒固定在所述端盖的通孔中，用于供
丝杠穿过、使得丝杠只能轴线运动不能周向转动；

[0054] 所述第一电机致动单元、第二电机致动单元套筒的另一端分别和所述第一防转单元、第二防转单元的端盖同轴固连；

[0055] 所述丝杠两端的两侧螺纹牙上均沿轴向铣有花键通槽；所述丝杠穿过第一防转单元的滚珠花键筒后依次穿过第一电机致动单元的中空电机、柔性联轴器、箝位螺母，接着依
次穿过压电致动单元的第一盖帽、压电叠堆、第二盖帽，最后依次穿过第二电机致动单元的
箝位螺母、柔性联轴器、中空电机，第二防转单元的滚珠花键筒；其中，所述丝杠的两端通过
其花键通槽和第一防转单元、第二防转单元的滚珠花键筒相配合，丝杠的杆身通过其上螺
纹和第一、第二电机致动单元的箝位螺母螺纹相连。

[0056] 如图2所示，所述套筒中的中空电机采用中空超声电机或中空电磁电机，当采用中空超声电机时，中空超声电机包含基座、定子、轴承、挡圈和转子；所述基座、定子、挡圈、转
子均关于套筒轴线对称，在套筒轴线处均开有供所述丝杠穿过的通孔；所述定子固定于基
座；所述转子的柔性端与定子相抵、转子的外壁通过轴承和所述挡圈的内壁相连；所述基
座、挡圈的外壁和所述套筒的内壁固连。

[0057] 所述中空超声电机首先将挡圈旋入套筒的预定位置，然后依次装入所述轴承、转子、定子、基座，并通过旋转基座施加适当的预紧力。工作时，利用压电陶瓷片的逆压电效应
激发所述定子的两相同频模态振动，进而通过摩擦将该微观振动转换为转子的宏观转动。

[0058] 所述丝杠采用梯形螺纹，以保证大推力驱动。

[0059] 本发明还包括第一光栅编码器、第二光栅编码器，所述第一电机致动单元、第二电机致动单元的套筒上分别设有第一安装孔、第二安装孔，所述第一光栅编码器、第二光栅编
码器分别设置在第一安装孔、第二安装孔中，分别用于测量第一电机致动单元、第二电机致
动单元中箝位螺母的转速。

[0060] 如图4所示，所述固定筒包含两个圆筒和连接环，所述连接环在其内壁两端均设有内螺纹，所述两个圆筒在其一端均设有和连接环内螺纹相匹配的外螺纹，所述连接环两端
分别和两个圆筒螺纹相连。

[0061] 圆筒一侧端部车有内螺纹用于旋入所述第一、第二支撑环，圆柱面上开有用于所述压电致动单元的出线孔，两端车出外螺纹分别用于连接套筒和连接环；套筒一端车有内
螺纹用于装入所述中空电机，端面上打螺纹孔用于安装端盖，套筒分别在所述中空电机定
子处、箝位螺母处开出圆孔、方形孔。圆孔用于中空电机定子出线，同时方便扳手对各部件
进行调整、螺钉固定；而方形孔则用于安放所述光栅编码器，同时还作为可视孔观察连接情
况。

[0062] 本发明还公开了一种该大推力大行程压电尺蠖作动器的驱动方法，包含以下步骤：

[0063] 令第一电机致动单元位于A侧、第二电机致动单元位于B侧，负载位于A侧或B侧施加由A侧朝B侧的力；

[0064] 步骤1），驱动两个中空电机带动第一、第二电机致动单元的箝位螺母沿丝杠由A侧向B侧旋进，直至第一电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触压电致动单元第一盖帽的伸出
部并将压电致动单元压紧至第二固定环，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支
撑环且和第二盖帽的伸出部之间存在间隙；

[0065] 步骤2），驱动压电致动单元伸长带动丝杠和第一、第二电机致动单元的箝位螺母由B朝A运动，同时第二电机致动单元的箝位螺母在其中空电机的驱动下由A朝B继续旋进，
此过程中第一电机致动单元的箝位螺母因和第一盖帽伸出部的摩擦力不发生转动；当所述
压电致动单元伸长至最大行程时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环；

[0066] 步骤3），驱动压电制动单元收缩，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘和第二支撑环相抵，阻止带载丝杠缩回，同时，第一电机致动单元的箝位螺母因负载力解除在中空电
机的带动下沿丝杠向B旋进至压电致动单元第一盖帽的伸出部并将压电致动单元压紧至固
定筒的第二固定环，此时，第二电机致动单元箝位螺母的法兰盘接触第二支撑环且和第二
盖帽的伸出部之间存在间隙；

[0067] 步骤4），重复步骤2）至步骤3），累积压电制动单元的小位移，实现作动器大行程作动。

[0068] 本发明大推力大行程压电尺蠖作动器的运动过程类似于一般的“推挤式”压电尺蠖作动器，通过箝位‑驱动‑箝位来累积位移。根据图5并结合图6和图1所示，为了方便表述，
图中，上箝位螺母、下箝位螺母分别为第一、第二电机致动单元的箝位螺母，上中空电机、下
中空电机分别为第一、第二电机致动单元的中空电机，上固定环、下固定环分别为第一固定
环、第二固定环，上支撑环、下支撑环分别为第一支撑环、第二支撑环，则其在压力负载下的
正向运动的驱动方法如下：

[0069] 1.当T=0（初始状态）时：两个中空电机转动两个箝位螺母，分别使上箝位螺母沿丝杠向下旋进先接触压电致动单元后将其压紧在下固定环（箝位面）上，下箝位螺母压在下支
撑环上；

[0070] 2.对压电致动单元和两个箝位螺母施加如图6所示的驱动信号；

[0071] 3.当0于接触面摩擦力不能转动；

[0072] 4.当t=T/2时，压电致动单元伸长至最大位移处，下中空电机将下箝位螺母旋回至下支撑环（箝位面）；

[0073] 5.当T/2

[0074] 6.当t=T时：压电致动单元缩回至原长，同时上箝位螺母向下旋回至第一盖帽上。如此，丝杠向前行进一个小位移Δs，作动器完成一个周期的正向作动。

[0075] 7.重复上述2‑6过程，便可实现作动器大推力大行程作动。

[0076] 根据图7并结合图8所示，本发明大推力大行程压电尺蠖作动器在拉力负载下的逆向运动可视为其在压力负载下正向运动的镜像运动。此过程压电致动单元由上支撑环支
撑，上下两个箝位螺母功能互换，两个中空电机反向交替转动两个箝位螺母配合压电致动
单元的伸缩来推动丝杠的逆向小位移输出，周而复始，实现作动器的大行程逆向运动。

[0077] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还
应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中
的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0078] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发
明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明
的保护范围之内。