一种超精密六自由度压电运动平台及其激励方法

摘要

本发明公开了一种超精密六自由度压电运动平台及其激励方法，属于压电驱动技术领域。上侧驱动足、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、绝缘层、层叠式扭转型压电驱动器、导向夹板、层叠式直线型压电驱动器和中间驱动足由上至下依次连接，竖向支撑柱的顶端支撑中间驱动足，竖向支撑柱、支撑夹板、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和下侧驱动足由上至下依次连接，动子压紧在上侧驱动足的顶面上，下侧驱动足的下端压紧在基座的上表面上，支撑夹板与纵向导轨滑动连接，纵向导轨与横向导轨滑动连接且交叉布置，横向导轨与基座连接。本发明结构简单、激励方法可靠，可以获得大尺度和高精度的多自由度运动，在细胞操作、显微手术、光学调整以及超精密加工等领域具有广阔的应用前景，也会对精密压电驱动技术的发展产生一定的促进作用。

说明书

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域，特别是涉及一种超精密六自由度压电运动平台及其激励方法。

背景技术

在微纳操作与检测、微观生命科学以及超精密加工等领域的快速发展以及巨大需求的刺激下，超精密仪器设备得到了日益广泛的关注和研究，而作为超精密仪器设备的核心元件，超精密驱动器无疑是研究的重中之重。在超精密仪器设备领域中，超高的精度、较大的行程、紧凑的结构尺寸以及一定的负载能力这些严苛的应用要求使得传统的电磁驱动原理不再适用。相比之下，近些年来新发展起来的压电驱动技术显示出卓越的优势，分辨力高、响应速度快、电磁兼容性好、结构设计紧凑灵活是其主要优点，而利用步进式驱动原理，也可以通过简单的结构设计实现大行程和高精度的结合，因此压电驱动技术成为超精密仪器设备中重要的一类驱动元件。一般而言，压电驱动原理是利用压电材料的逆压电效应将输入电能转换为输出机械能，通过调控输入电学量的大小就可以精确地调整输出机械量，因此可以得到很高的定位精度。基于目前较为成熟的超精密压电驱动器，直接驱动方式和步进驱动方式应用较为普遍，目前较为成熟的超精密多自由度压电运动平台多是采用直接驱动方式，这种驱动方式结构简单、负载能力较大、分辨力特别高，但是其行程严重受限，最大只能达到毫米级，这大大限制了它的应用范围；而步进式驱动方式的运动行程理论上是无限大的，只要能够实现小的运动步距就能达到超精密运动的要求，因此它是发展大行程超精密运动元件的重要方向。然而由于多自由度步进式驱动往往需要将多个驱动器串联，这就为其带来了结构复杂、尺寸较大的缺点，因此发明一种结构简单紧凑、激励方法可靠易行的超精密多自由度压电运动平台具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前超精密多自由度压电运动平台行程严重不足、结构复杂、尺寸庞大的技术问题，从而提出了一种超精密六自由度压电运动平台及其激励方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种超精密六自由度压电运动平台，所述运动平台包括动子、四自由度驱动单元、竖向支撑柱、竖向导轨、横向导轨、纵向导轨、两自由度驱动单元和基座；所述四自由度驱动单元包括上侧驱动足、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、绝缘层、层叠式扭转型压电驱动器、导向夹板、层叠式直线型压电驱动器以及中间驱动足；所述两自由度驱动单元包括支撑夹板、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和下侧驱动足；所述上侧驱动足、所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器、所述绝缘层、所述层叠式扭转型压电驱动器、所述导向夹板、所述层叠式直线型压电驱动器和所述中间驱动足由上至下依次连接，所述竖向支撑柱的顶端支撑所述中间驱动足；所述竖向支撑柱、所述支撑夹板、所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和所述下侧驱动足由上至下依次连接；所述动子压紧在所述上侧驱动足的顶面上，所述中间驱动足压紧在竖向支撑柱的侧面上，所述下侧驱动足的下端压紧在所述基座的上表面上；所述竖向导轨沿竖直方向布置，所述横向导轨和所述纵向导轨分别沿水平方向和纵深方向布置；所述支撑夹板与所述竖向导轨固定连接，所述导向夹板与所述竖向导轨滑动连接，所述支撑夹板与所述纵向导轨滑动连接，所述纵向导轨与所述横向导轨滑动连接且交叉布置，所述横向导轨与所述基座固定连接；所述基座保持固定，所述动子输出空间六自由度运动。

进一步的，所述四自由度驱动单元和所述两自由度驱动单元作为能量转换元件，实现输入电能向输出机械能的转换。

进一步的，所述上侧驱动足设有定位孔，所述定位孔与所述动子相配合，所述动子通过所述定位孔压紧在所述上侧驱动足的顶面；所述中间驱动足设有固定孔，所述固定孔与所述竖向支撑柱相配合，所述中间驱动足通过所述固定孔压紧在所述竖向支撑柱的侧面。

进一步的，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器分别由多层压电陶瓷片沿所述四自由度驱动单元和所述两自由度驱动单元的轴线方向固定连接组成，每层压电陶瓷片包括四个极化分区。其中一对为水平方向弯曲分区，另外一对为纵深方向弯曲分区；所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器和所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器在激励信号下的弯曲变形分别带动所述上侧驱动足和所述下侧驱动足沿水平方向和纵深方向的往复摆动运动。

进一步的，所述层叠式直线型压电驱动器由多层压电陶瓷片沿所述四自由度驱动单元的轴线方向固定连接组成，每个压电陶瓷片只有一个极化分区；所述层叠式直线型压电驱动器在激励信号下的伸缩变形带动中间驱动足沿竖直方向的往复直线运动。

进一步的，所述层叠式扭转型压电驱动器由多个压电陶瓷片围绕所述四自由度驱动单元的轴线方向固定连接围成，每个压电陶瓷片只有一个极化分区；所述层叠式扭转型压电驱动器在激励信号下的扭转变形带动上侧驱动足绕竖直方向的往复旋转运动。

进一步的，所述两自由度驱动单元的数量为一个及以上，增加两自由度驱动单元的数量可以实现负载能力的倍增。

一种超精密六自由度压电运动平台的激励方法，应用于上述的一种超精密六自由度压电运动平台，设

所述四自由度驱动单元的轴线方向为Z轴，Z轴的顺时针方向为正方向；

与所述四自由度驱动单元的轴线方向正交的纵深方向为X轴，X轴的顺时针方向为正方向；

与所述四自由度驱动单元的轴线方向正交的水平方向为Y轴，Y轴的顺时针方向为正方向，

其特征在于：

当所述动子沿Y轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S100将所述动子压紧在所述上侧驱动足的顶面上，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱的侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上表面，并调整二者之间的预压力；

S110对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿Y轴反方向缓慢摆动至极限位置，在所述下侧驱动足与所述基座之间的静摩擦力的作用下，所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元沿Y轴正方向产生直线位移，进而带动所述动子沿Y轴正方向产生直线位移输出；

S120对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿Y轴正方向快速摆动至初始位置，在所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述下侧驱动足与所述基座之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S130判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S140；否则，返回步骤S110；

S140停止移动所述动子，

当所述动子沿Y轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S150将所述动子压紧在所述上侧驱动足的顶面上，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱的侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上表面，并调整二者之间的预压力；

S160对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿Y轴正方向缓慢摆动至极限位置，在所述下侧驱动足与所述基座之间的静摩擦力的作用下，所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元沿Y轴反方向产生直线位移，进而带动所述动子沿Y轴反方向产生直线位移输出；

S170对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿Y轴反方向快速摆动至初始位置，在所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述下侧驱动足与所述基座之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S180判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S190；否则，返回步骤S160；

S190停止移动所述动子，

当所述动子沿X轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S200将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S210对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿X轴反方向缓慢摆动至极限位置，在所述下侧驱动足与所述基座之间的静摩擦力的作用下，所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元沿X轴正方向产生直线位移，进而带动所述动子沿X轴正方向产生直线位移输出；

S220对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿X轴正方向快速摆动至初始位置，在所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述下侧驱动足与所述基座之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S230判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S240；否则，返回步骤S210；

S240停止移动所述动子，

当所述动子沿X轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S250将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S260对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿X轴正方向缓慢摆动至极限位置，在所述下侧驱动足与所述基座之间的静摩擦力的作用下，所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元沿X轴反方向产生直线位移，进而带动所述动子沿X轴反方向产生直线位移输出；

S270对所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，所述下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述下侧驱动足沿X轴反方向快速摆动至初始位置，在所述两自由度驱动单元和所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述下侧驱动足与所述基座之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S280判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S290；否则，返回步骤S260；

S290停止移动所述动子，

当所述动子沿Z轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S300将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S310对所述层叠式直线型压电驱动器施加幅值缓慢上升的激励电压信号，所述层叠式直线型压电驱动器伸缩变形带动所述中间驱动足沿Z轴反方向缓慢移动至极限位置，在所述中间驱动足与所述竖向支撑柱之间的静摩擦力的作用下，所述四自由度驱动单元沿Z轴正方向产生直线位移，进而带动所述动子沿Z轴正方向产生直线位移输出；

S320对所述层叠式直线型压电驱动器施加幅值快速下降的激励电压信号，所述层叠式直线型压电驱动器伸缩变形带动所述中间驱动足沿Z轴正方向快速移动至极限位置，在所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述中间驱动足与所述竖向支撑柱之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S330判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S340；否则，返回步骤S310；

S340停止移动所述动子，

当所述动子沿Z轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S350将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S360对所述层叠式直线型压电驱动器施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述层叠式直线型压电驱动器伸缩变形带动所述中间驱动足沿Z轴正方向缓慢移动至极限位置，在所述中间驱动足与所述竖向支撑柱之间的静摩擦力的作用下，所述四自由度驱动单元沿Z轴反方向产生直线位移，进而带动所述动子沿Z轴反方向产生直线位移输出；

S370对所述层叠式直线型压电驱动器施加幅值快速上升的激励电压信号，所述层叠式直线型压电驱动器伸缩变形带动所述中间驱动足沿Z轴反方向快速移动至极限位置，在所述四自由度驱动单元的惯性的作用下，所述中间驱动足与所述竖向支撑柱之间发生相对滑动而保持静止，进而所述动子也保持静止；

S380判断所述动子是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S390；否则，返回步骤S360；

S390停止移动所述动子，

当所述动子绕Y轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S400将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S410对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿X轴反方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕Y轴正方向产生旋转位移输出；

S420对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿X轴正方向快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S430判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S440；否则，返回步骤S410；

S440停止转动所述动子，

当所述动子绕Y轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S450将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S460对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿X轴正方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕Y轴反方向产生旋转位移输出；

S470对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿X轴反方向快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S480判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S490；否则，返回步骤S460；

S490停止转动所述动子，

当所述动子绕X轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S500将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S510对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿Y轴反方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕X轴正方向产生旋转位移输出；

S520对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿Y轴正方向快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S530判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S540；否则，返回步骤S510；

S540停止转动所述动子，

当所述动子绕X轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S550将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在所述基座上方，并调整二者之间的预压力；

S560对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿Y轴正方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕X轴反方向产生旋转位移输出；

S570对所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，所述上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器弯曲变形带动所述上侧驱动足沿Y轴反方向快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S580判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S590；否则，返回步骤S560；

S590停止转动所述动子，

当所述动子绕Z轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S600将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在基座上方，并调整二者之间的预压力；

S610对所述层叠式扭转型压电驱动器施加幅值缓慢上升的激励电压信号，其扭转变形带动所述上侧驱动足绕Z轴正方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕Z轴正方向产生旋转位移输出；

S620对所述层叠式扭转型压电驱动器施加幅值快速下降的激励电压信号，所述层叠式扭转型压电驱动器扭转变形带动所述上侧驱动足绕Z轴反方向快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S630判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S640；否则，返回步骤S610；

S640停止转动所述动子，

当所述动子绕Z轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S650将所述动子压紧在所述上侧驱动足上方，并调整二者之间的预压力，将所述中间驱动足压紧在所述竖向支撑柱侧面，并调整二者之间的预压力，将所述下侧驱动足压紧在基座上方，并调整二者之间的预压力；

S660对所述层叠式扭转型压电驱动器施加幅值缓慢下降的激励电压信号，所述层叠式扭转型压电驱动器扭转变形带动所述上侧驱动足绕Z轴反方向缓慢摆动至极限位置，在所述上侧驱动足与所述动子之间的静摩擦力的作用下，所述动子绕Z轴反方向产生旋转位移输出；

S670对所述层叠式扭转型压电驱动器施加幅值快速上升的激励电压信号，所述层叠式扭转型压电驱动器扭转变形带动所述上侧驱动足绕Z轴方向正快速摆动至初始位置，在所述动子的惯性的作用下，所述动子与所述上侧驱动足之间发生相对滑动而保持静止；

S680判断所述动子是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S690；否则，返回步骤S660；

S690停止转动所述动子。

本发明的有益效果在于：本发明公开了一种超精密六自由度压电运动平台，利用本发明中的激励方法可以实现动子的步进式运动，通过调整运动步距可以实现动子的大行程和高分辨力的六自由度超精密运动，从而完成空间中全方位的六自由度定位和调姿功能。相比于采用直接驱动方式的多自由度压电驱动器，本发明中的压电驱动平台利用步进式驱动方式，实现了较大的运动行程；相比于采用多级串联的步进式驱动方式的多自由度压电驱动器，本发明中的压电运动平台利用并联与叠拼式结构，大大简化了结构、缩小了尺寸；采用层叠式压电驱动器作为驱动元件，本发明中的压电运动平台可以实现较大的负载能力；利用本发明中的激励方法，激励信号简单易行，驱动步距方便调整，驱动效果稳定可靠。基于上述原因，本发明中的压电运动平台及其激励方法可以满足微纳操作、微观生命科学以及超精密加工等技术领域的应用需求，提升了超精密压电运动平台的自由度数，丰富了超精密多自由度压电驱动器的构型设计，拓宽了压电驱动器的应用范围，对于超精密多自由度压电驱动技术与理论的发展有着重要的现实意义，不仅在超精密仪器设备等技术领域有着广阔的应用前景，对于超精密多自由度压电驱动技术与理论本身的发展也有着重要的现实意义和促进作用。

附图说明

图1为一种超精密六自由度压电运动平台的三维结构示意图；

图2为一种超精密六自由度压电运动平台中四自由度驱动单元的上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器沿Y轴方向弯曲变形的示意图；

图3为一种超精密六自由度压电运动平台中四自由度驱动单元的上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器沿X轴方向弯曲变形的示意图；

图4为一种超精密六自由度压电运动平台中四自由度驱动单元的层叠式扭转型压电驱动器绕Z轴方向扭转变形的示意图；

图5为一种超精密六自由度压电运动平台中四自由度驱动单元的层叠式直线型压电驱动器沿Z轴方向伸缩变形的示意图；

图6为一种超精密六自由度压电运动平台中两自由度驱动单元的下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器沿Y轴方向弯曲变形的示意图；

图7为一种超精密六自由度压电运动平台中两自由度驱动单元的下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器沿X轴方向弯曲变形的示意图；

图8为一种超精密六自由度压电运动平台实现超精密正向直线或旋转运动时对各层叠式压电驱动器所需要施加的激励电压信号示意图；

图9为一种超精密六自由度压电运动平台实现超精密反向直线或旋转运动时对各层叠式压电驱动器所需要施加的激励电压信号示意图；

图10为一种超精密六自由度压电运动平台实现超精密正反向直线或旋转运动时各驱动足末端质点相对于接触平面的运动轨迹示意图。

其中，1为动子，2为四自由度驱动单元，2-1为上侧驱动足，2-2为上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器，2-3为绝缘层，2-4为层叠式扭转型压电驱动器，2-5为导向夹板，2-6为层叠式直线型压电驱动器，2-7为中间驱动足，3为竖向支撑柱，4为竖向导轨，5为横向导轨，6为纵向导轨，7为两自由度驱动单元，7-1为支撑夹板，7-2为下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器，7-3为下侧驱动足，8为基座。

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。

参照附图1-图7，本发明提供了一种超精密六自由度压电运动平台的一个实施例，运动平台包括动子1、四自由度驱动单元2、竖向支撑柱3、竖向导轨4、横向导轨5、纵向导轨6、两自由度驱动单元7和基座8；四自由度驱动单元2包括上侧驱动足2-1、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘层2-3、层叠式扭转型压电驱动器2-4、导向夹板2-5、层叠式直线型压电驱动器2-6以及中间驱动足2-7；两自由度驱动单元7包括支撑夹板7-1、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2和下侧驱动足7-3；上侧驱动足2-1、上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2、绝缘层2-3、层叠式扭转型压电驱动器2-4、导向夹板2-5、层叠式直线型压电驱动器2-6和中间驱动足2-7由上至下依次连接，竖向支撑柱3的顶端支撑中间驱动足2-7；竖向支撑柱3、支撑夹板7-1、下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2和下侧驱动足7-3由上至下依次连接；动子1压紧在上侧驱动足2-1的顶面上，中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3的侧面上，下侧驱动足7-3的下端压紧在基座8的上表面上；竖向导轨4沿竖直方向布置，横向导轨5和纵向导轨6分别沿水平方向和纵深方向布置；支撑夹板7-1与竖向导轨4固定连接，导向夹板2-5与竖向导轨4滑动连接，支撑夹板7-1与纵向导轨6滑动连接，纵向导轨6与横向导轨5滑动连接且交叉布置，横向导轨5与基座8固定连接；基座8保持固定，所述动子1输出空间六自由度运动。

具体的，下面结合说明书附图1-图7对本实施例做进一步详细说明。竖向导轨4沿Z轴方向布置以保证导向夹板2-5沿此方向的直线运动，竖向导轨4至少设有两个，且分设在支撑夹板7-1的对角线侧，以保证四自由度驱动单元2能够稳定地沿竖向导轨4运动，横向导轨5和纵向导轨6分别沿Y轴方向和X轴方向布置以保证支撑夹板7-1沿这两个方向的直线运动；动子1接触压紧在上侧驱动足2-1上方，中间驱动足2-7接触压紧在竖向支撑柱3的侧面，下侧驱动足7-3接触压紧在基座8上方，它们分别利用各自之间的摩擦力驱动动子1、导向夹板2-5以及支撑夹板7-1的超精密运动；基座8保持固定以支撑其他所有组件，支撑夹板7-1在横向导轨5和纵向导轨6的支撑以及下侧驱动足7-3与基座8之间摩擦力的作用下产生相对于基座8沿Y轴方向和X轴方向的直线运动，导向夹板2-5在竖向导轨4的导向以及中间驱动足2-7与竖向支撑柱3之间摩擦力的作用下产生相对于支撑夹板7-1沿Z轴方向的直线运动，动子1在上侧驱动足2-1的支撑以及上侧驱动足2-1与动子1之间摩擦力的作用下产生相对于上侧驱动足2-1绕Y轴方向、X轴方向以及Z轴方向的旋转运动，通过以上几个运动的合成可以实现动子1相对于基座8的空间六自由度运动；动子1用于固定精密操作对象或末端执行机构，并输出相对于基座8的超精密六自由度运动，具体包括沿空间中三个正交方向Y轴方向、X轴方向、Z轴方向的直线运动以及绕过动子1自身中心的三个正交方向Y轴方向、X轴方向、Z轴方向的旋转运动，以实现精密操作对象或末端执行机构的超精密定位与调姿运动。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，上侧驱动足2-1依靠定位孔实现动子1的自动定心，动子1在自身重力以及负载的作用下压紧在上侧驱动足2-1的上方，动子1在上侧驱动足2-1的作用下不仅可以绕自身中心做三轴旋转运动，还可以跟随上侧驱动足2-1做空间三自由度直线运动；绝缘层2-3阻隔上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2和层叠式扭转型压电驱动器2-4之间的电学连接以保证二者的电学安全性；竖向导轨4、横向导轨5、纵向导轨6在导向夹板2-5和支撑夹板7-1的配合作用下限制四自由度驱动单元2和两自由度驱动单元7的运动形式，并将中间驱动足2-7和下侧驱动足7-3分别压紧在竖向支撑柱3和基座8上；中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3的侧面，在二者之间的相互作用下，导向夹板2-5不仅可以沿Z轴方向做直线运动，还可以跟随支撑夹板7-1沿Y轴方向和X轴方向做直线运动；下侧驱动足7-3压紧在基座8的上方，在二者的相互作用下，支撑夹板7-1可以沿运动平面内Y轴方向和X轴方向做直线运动。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，四自由度驱动单元2和两自由度驱动单元7作为能量转换元件，实现输入电能向输出机械能的转换。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，上侧驱动足2-1设有定位孔，定位孔与动子1相配合，动子1通过定位孔压紧在上侧驱动足2-1的顶面；中间驱动足2-7的底部设有用于固定竖向支撑柱3的固定孔，固定孔与竖向支撑柱3相配合，中间驱动足2-7通过固定孔压紧在竖向支撑柱3的侧面。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2和下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2分别由多层压电陶瓷片沿四自由度驱动单元2和两自由度驱动单元7的轴线方向依次固定连接组成，每层压电陶瓷片包括四个极化分区。其中一对为X轴方向弯曲分区，另外一对为Y轴方向弯曲分区；上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2和下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2在激励信号下的弯曲变形分别带动上侧驱动足2-1和下侧驱动足7-3沿Y轴方向和X轴方向的往复摆动运动；上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2沿Y轴方向弯曲和沿X轴方向弯曲的变形示意图分别如图2和图3所示，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2沿Y轴方向弯曲和沿X轴方向弯曲的变形示意图分别如图6和图7所示。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，层叠式直线型压电驱动器2-6由多层压电陶瓷片沿四自由度驱动单元2的轴线方向固定连接组成，每个压电陶瓷片只有一个极化分区；层叠式直线型压电驱动器2-6在激励信号下的伸缩变形带动中间驱动足2-7沿Z轴方向的往复直线运动；层叠式直线型压电驱动器2-6沿Z轴方向伸缩的变形示意图如图5所示。

参照图1-图7所示，在本部分优选实施例中，层叠式扭转型压电驱动器2-4由多个压电陶瓷片围绕四自由度驱动单元2的轴线方向固定连接围成，每个压电陶瓷片只有一个分区；层叠式扭转型压电驱动器2-4在激励信号下的扭转变形带动上侧驱动足2-1绕Z轴方向的往复旋转运动；层叠式扭转型压电驱动器2-4绕Z轴方向扭转的变形示意图如图4所示。

具体的，在本实施例中，在本部分优选实施例中，两自由度驱动单元7的数量为一个，但是增加两自由度驱动单元7的数量，相似的激励方法同样适用，且可以实现负载能力的倍增。

一种超精密六自由度压电运动平台的激励方法，应用于部分优选实施例中的一种超精密六自由度压电运动平台，设

四自由度驱动单元2的轴线方向为Z轴，Z轴的顺时针方向为正方向；

与四自由度驱动单元2的轴线方向正交的纵深方向为X轴，X轴的顺时针方向为正方向；

与四自由度驱动单元2的轴线方向正交的水平方向为Y轴，Y轴的顺时针方向为正方向，

当动子1沿Y轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S100将动子1压紧在上侧驱动足2-1的顶面上，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3的侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上表面，并调整二者之间的预压力；

S110对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿Y轴反方向缓慢摆动至极限位置，在下侧驱动足7-3与基座8之间的静摩擦力的作用下，两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2沿Y轴正方向产生直线位移，进而带动动子1沿Y轴正方向产生直线位移输出；

S120对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿Y轴正方向快速摆动至初始位置，在两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2的惯性的作用下，下侧驱动足7-3与基座8之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S130判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S140；否则，返回步骤S110；

S140停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1沿Y轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S150将动子1压紧在上侧驱动足2-1的顶面上，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3的侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上表面，并调整二者之间的预压力；

S160对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿Y轴正方向缓慢摆动至极限位置，在下侧驱动足7-3与基座8之间的静摩擦力的作用下，两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2沿Y轴反方向产生直线位移，进而带动动子1沿Y轴反方向产生直线位移输出；

S170对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿Y轴反方向快速摆动至初始位置，在两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2的惯性的作用下，下侧驱动足7-3与基座8之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S180判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S190；否则，返回步骤S160；

S190停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的Y轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图9中U所示。

当动子1沿X轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S200将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S210对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿X轴反方向缓慢摆动至极限位置，在下侧驱动足7-3与基座8之间的静摩擦力的作用下，两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2沿X轴正方向产生直线位移，进而带动动子1沿X轴正方向产生直线位移输出；

S220对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿X轴正方向快速摆动至初始位置，在两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2的惯性的作用下，下侧驱动足7-3与基座8之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S230判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S240；否则，返回步骤S210；

S240停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1沿X轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S250将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S260对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿X轴正方向缓慢摆动至极限位置，在下侧驱动足7-3与基座8之间的静摩擦力的作用下，两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2沿X轴反方向产生直线位移，进而带动动子1沿X轴反方向产生直线位移输出；

S270对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2弯曲变形带动下侧驱动足7-3沿X轴反方向快速摆动至初始位置，在两自由度驱动单元7和四自由度驱动单元2的惯性的作用下，下侧驱动足7-3与基座8之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S280判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S290；否则，返回步骤S260；

S290停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对下侧双向层叠式弯曲型压电驱动器7-2中的X轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图9中U所示。

当动子1沿Z轴做正方向直线运动时，包括以下步骤：

S300将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S310对层叠式直线型压电驱动器2-6施加幅值缓慢上升的激励电压信号，层叠式直线型压电驱动器2-6伸缩变形带动中间驱动足2-7沿Z轴反方向缓慢移动至极限位置，在中间驱动足2-7与竖向支撑柱3之间的静摩擦力的作用下，四自由度驱动单元2沿Z轴正方向产生直线位移，进而带动动子1沿Z轴正方向产生直线位移输出；

S320对层叠式直线型压电驱动器2-6施加幅值快速下降的激励电压信号，层叠式直线型压电驱动器2-6伸缩变形带动中间驱动足2-7沿Z轴正方向快速移动至极限位置，在四自由度驱动单元2的惯性的作用下，中间驱动足2-7与竖向支撑柱3之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S330判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S340；否则，返回步骤S310；

S340停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对层叠式直线型压电驱动器2-6施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1沿Z轴做反方向直线运动时，包括以下步骤：

S350将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S360对层叠式直线型压电驱动器2-6施加幅值缓慢下降的激励电压信号，层叠式直线型压电驱动器2-6伸缩变形带动中间驱动足2-7沿Z轴正方向缓慢移动至极限位置，在中间驱动足2-7与竖向支撑柱3之间的静摩擦力的作用下，四自由度驱动单元2沿Z轴反方向产生直线位移，进而带动动子1沿Z轴反方向产生直线位移输出；

S370对层叠式直线型压电驱动器2-6施加幅值快速上升的激励电压信号，层叠式直线型压电驱动器2-6伸缩变形带动中间驱动足2-7沿Z轴反方向快速移动至极限位置，在四自由度驱动单元2的惯性的作用下，中间驱动足2-7与竖向支撑柱3之间发生相对滑动而保持静止，进而动子1也保持静止；

S380判断动子1是否移动了指定位移，如果是，则执行步骤S390；否则，返回步骤S360；

S390停止移动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对层叠式直线型压电驱动器2-6施加的激励电压信号如图9中U所示。

当动子1绕Y轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S400将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S410对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿X轴反方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕Y轴正方向产生旋转位移输出；

S420对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿X轴正方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S430判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S440；否则，返回步骤S410；

S440停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1绕Y轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S450将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S460对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿X轴正方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕Y轴反方向产生旋转位移输出；

S470对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿X轴反方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S480判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S490；否则，返回步骤S460；

S490停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的X轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图9中U所示。

当动子1绕X轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S500将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S510对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢上升的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿Y轴反方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕X轴正方向产生旋转位移输出；

S520对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速下降的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿Y轴正方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S530判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S540；否则，返回步骤S510；

S540停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1绕X轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S550将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S560对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值缓慢下降的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿Y轴正方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕X轴反方向产生旋转位移输出；

S570对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲分区施加幅值快速上升的激励电压信号，上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2弯曲变形带动上侧驱动足2-1沿Y轴反方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S580判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S590；否则，返回步骤S560；

S590停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对上侧双向层叠式弯曲型压电驱动器2-2中的Y轴方向弯曲组分施加的激励电压信号如图9中U所示。

当动子1绕Z轴做正方向旋转运动时，包括以下步骤：

S600将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S610对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加幅值缓慢上升的激励电压信号，其扭转变形带动上侧驱动足2-1绕Z轴正方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕Z轴正方向产生旋转位移输出；

S620对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加幅值快速下降的激励电压信号，层叠式扭转型压电驱动器2-4扭转变形带动上侧驱动足2-1绕Z轴反方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S630判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S640；否则，返回步骤S610；

S640停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加的激励电压信号如图8中U所示。

当动子1绕Z轴做反方向旋转运动时，包括以下步骤：

S650将动子1压紧在上侧驱动足2-1上方，并调整二者之间的预压力，将中间驱动足2-7压紧在竖向支撑柱3侧面，并调整二者之间的预压力，将下侧驱动足7-3压紧在基座8上方，并调整二者之间的预压力；

S660对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加幅值缓慢下降的激励电压信号，层叠式扭转型压电驱动器2-4扭转变形带动上侧驱动足2-1绕Z轴反方向缓慢摆动至极限位置，在上侧驱动足2-1与动子1之间的静摩擦力的作用下，动子1绕Z轴反方向产生旋转位移输出；

S670对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加幅值快速上升的激励电压信号，层叠式扭转型压电驱动器2-4扭转变形带动上侧驱动足2-1绕Z轴正方向快速摆动至初始位置，在动子1的惯性的作用下，动子1与上侧驱动足2-1之间发生相对滑动而保持静止；

S680判断动子1是否转动了指定位移，如果是，则执行步骤S690；否则，返回步骤S660；

S690停止转动动子1，

通过改变激励电压信号的幅值和时间，可以实现该方向上的超精密运动，对层叠式扭转型压电驱动器2-4施加的激励电压信号如图9中U所示。

具体的，在本实施例中，运动平台实现超精密运动时，上侧驱动足2-1的末端质点相对于动子1的展开平面、中间驱动足2-7的末端质点相对于竖向支撑柱3的展开平面以及下侧驱动足7-3的末端质点相对于基座8平面的运动轨迹如图10所示，并利用两个方向速度的不同实现动子1的超精密六自由度正反向运动。

本发明可以实现空间中全方位的定位和调姿运动。利用步进式驱动原理，可以同时实现较大的运动行程和超高的分辨力；通过将多个自由度的驱动单元进行并联，并使它们沿运动平台的轴向同一布置，大大缩小了运动平台的整体径向尺寸，简化了结构，提高了装置紧凑程度；通过使用层叠式压电驱动器作为驱动元件，可以实现较大的负载能力，同时使得加工和生产易于实现标准化和机械化，适合大规模生产制造；利用本发明中的激励方法，只需要较为简单的激励信号就可以实现稳定的驱动效果，通过调整激励信号的幅值和施加时间就可以方便地调整运动步距以实现超精密运动。根据上述优点，本发明中公开的多自由度压电运动平台提升了超精密压电驱动的自由度数，丰富了超精密多自由度压电驱动器的构型设计，拓宽了压电驱动器的应用范围，对于超精密多自由度压电驱动技术与理论的发展有着重要的现实意义，在超精密仪器设备等技术领域有着广阔的应用前景。