压电驱动技术

作者: 刘英想 , 邓杰 , 陈维山

出版社: 华中科技大学出版社

出版时间: 2022-11

版次: 1

ISBN: 9787568079136

定价: 198.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 423页

字数: 478千字

分类: 工程技术

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本书从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、特点、分类及研究现状，对压电材料、压电驱动基本结构形式及激励方法进行了概括性介绍，着重论述了著者团队在模态复合型压电驱动器、旋转型直驱压电驱动器、尺蠖型压电驱动器、惯性致动型压电驱动器、行走型压电驱动器方面的*新研究成果，详细介绍了著者团队在多自由度压电驱动技术和跨尺度压电驱动技术两个领域的*新研究进展，并对压电驱动技术的典型应用进行了总结和分析。刘英想，男，工学博士，教授，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者、全国优秀博士论文获得者、哈尔滨工业大学青年科学家工作室负责人、黑龙江省“头雁”团队骨干成员、机器人技术与系统国家重点实验室骨干成员。主要研究方向为压电驱动理论与技术（精密压电驱动、纳米定位技术、压电换能器、超声振动利用技术、振动主动控制技术）、机器人理论与技术（仿生机器人、压电微纳操控机器人、柔性机器人、微型机器人、人工肌肉、机器鱼）第1章绪论/1

1.1压电驱动技术概述/1

1.1.1压电驱动的定义和致动原理/1

1.1.2压电驱动技术的起源/2

1.1.3压电驱动器的特点/3

1.1.4压电驱动器的分类/5

1.2压电驱动技术研究方向概述/5

1.2.1构型设计/6

1.2.2压电材料/8

1.2.3摩擦材料/9

1.2.4驱动电源/10

1.2.5运动控制/11

1.3压电驱动器的研究现状/16

1.3.1行波超声压电驱动器/16

1.3.2驻波超声压电驱动器/20

1.3.3模态复合型超声压电驱动器/23

1.3.4叠堆型压电驱动器/28

1.3.5叠堆与柔性位移放大机构相融合的压电驱动器/29

1.3.6尺蠖型压电驱动器/32

1.3.7惯性致动型压电驱动器/34

1.3.8行走型压电驱动器/36

本章参考文献/37

第2章压电材料与压电驱动基础/50

2.1压电材料及其基本特性/50

2.1.1压电效应/50

2.1.2压电材料基本特性与参数/52

2.2压电驱动器基本结构形式/61

2.2.1贴片式压电驱动器/61

2.2.2夹心式压电驱动器/66

2.3压电驱动器的基本运动模式及激励方法/71

2.3.1纵向运动/71

2.3.2弯曲运动/72

2.3.3扭转运动/82

2.4弹性体基本振动模态及激励方法/84

2.4.1圆环轴向弯振/84

2.4.2圆筒径向弯振/89

2.4.3压电金属复合梁纵振/93

2.4.4压电金属复合梁弯振/95

本章参考文献/97

压电驱动技术目录第3章模态复合型超声压电驱动器/99

3.1基本振动模态组合方式/99

3.1.1纵纵模态组合/99

3.1.2纵弯模态组合/102

3.1.3弯弯模态组合/107

3.1.4纵扭模态组合/110

3.2纵纵复合型超声压电驱动器/112

3.2.1T形单足直线型超声压电驱动器/112

3.2.2I形双足直线型超声压电驱动器/114

3.3纵弯复合型超声压电驱动器/119

3.4弯弯复合型超声压电驱动器/127

3.4.1同阶弯振复合/127

3.4.2异阶弯振复合/134

3.5模态复合型超声压电驱动器特点简析/141

本章参考文献/141

第4章旋转型直驱压电驱动器/143

4.1旋转型压电驱动技术简析/143

4.1.1旋转致动原理分析/143

4.1.2旋转型压电驱动器分类/144

4.2基于压电陶瓷d15模式的旋转型直驱压电驱动器/146

4.2.1压电驱动器结构与致动原理/146

4.2.2实验研究/149

4.3基于压电陶瓷d33模式的旋转型直驱压电驱动器/152

4.3.1压电驱动器结构与致动原理/152

4.3.2实验研究/163

4.4基于压电陶瓷d31模式的旋转型直驱压电驱动器/166

4.4.1压电驱动器结构与致动原理/166

4.4.2实验研究/171

4.5关于紧凑旋转型压电驱动器的拓展思考/173

4.6本章小结/175

本章参考文献/175

第5章尺蠖型压电驱动器/176

5.1尺蠖型精密压电驱动技术简析/176

5.2四足尺蠖型压电驱动器/177

5.2.1压电驱动器结构与致动原理/178

5.2.2仿真分析/180

5.2.3实验研究/181

5.3双足尺蠖型压电驱动器/184

5.3.1压电驱动器结构与致动原理/184

5.3.2实验研究/188

5.4尺蠖型压电驱动器的运动解耦/192

5.4.1压电驱动器结构与致动原理/193

5.4.2仿真分析/195

5.4.3实验研究/198

5.5紧凑尺蠖型压电驱动器/205

5.5.1压电驱动器结构与致动原理/205

5.5.2仿真分析/208

5.5.3实验研究/210

5.6本章小结/213

本章参考文献/213

第6章惯性致动型压电驱动器/215

6.1惯性精密压电驱动技术简析/215

6.1.1惯性冲击式致动原理分析/215

6.1.2惯性摩擦式致动原理分析/216

6.2弯曲型惯性摩擦式压电驱动器/218

6.2.1压电驱动器结构与致动原理/218

6.2.2仿真分析/219

6.2.3实验研究/221

6.3弯曲型惯性冲击式压电驱动器/225

6.3.1压电驱动器结构与致动原理/225

6.3.2仿真分析/227

6.3.3实验研究/230

6.4惯性致动型压电驱动器的位移回退抑制方法/233

6.4.1压电驱动器结构与致动原理/234

6.4.2仿真分析/236

6.4.3实验研究/238

6.5本章小结/242

本章参考文献/243

第7章行走型压电驱动器/244

7.1多足协调步进致动原理/244

7.2四足行走直线型压电驱动器/245

7.2.1矩形波电压激励信号下压电驱动器特性/248

7.2.2梯形波电压激励信号下压电驱动器特性/251

7.3四足行走旋转型压电驱动器/255

7.3.1致动原理及构型设计/256

7.3.2四足行走旋转型压电驱动器特性实验研究/260

7.4本章小结/263

本章参考文献/264

第8章多自由度压电驱动技术/265

8.1双驱动器串联式两自由度直线型压电驱动器/265

8.1.1压电驱动器结构与致动原理/265

8.1.2实验研究/270

8.2单足致动两自由度旋转型压电驱动器/276

8.2.1基于夹心式结构的两自由度旋转型压电驱动器/276

8.2.2基于贴片式十字梁结构压电致动器的两自由度旋转型

压电驱动器/286

8.3双足致动两自由度直线型压电驱动器/293

8.3.1压电驱动器结构与致动原理/293

8.3.2实验研究/296

8.4本章小结/299

本章参考文献/299

第9章跨尺度压电驱动技术/301

9.1跨尺度压电驱动的基本思想/301

9.2多致动模式的一体化融合设计/303

9.2.1定子振动模态和运动模式/303

9.2.2弯曲复合型压电驱动器压电陶瓷片的尺寸和布置/305

9.2.3弯曲复合型压电驱动器在谐振工作模式下的谐振频率/306

9.2.4弯曲复合型压电驱动器在非谐振工作模式下的输出

位移/309

9.3一维直线跨尺度压电驱动器/312

9.3.1谐振工作模式/313

9.3.2直驱工作模式/321

9.4平面三维跨尺度压电驱动器/321

9.4.1压电驱动器结构与致动模式/322

9.4.2压电驱动器系统动力学模型/328

9.4.3压电驱动器特性仿真分析/338

9.4.4压电驱动器实验测试系统搭建及特性测试/342

9.4.5基于平面三维跨尺度压电驱动器的大行程纳米定位

平台/351

9.5本章小结/369

本章参考文献/370

第10章压电驱动技术典型应用/372

10.1精密定位平台/372

10.2生物组织及细胞穿刺/374

10.3光学仪器调姿/379

10.4超精密加工/383

10.5微纳加工/388

10.6振动抑制/391

10.7空间机构/396

10.8微纳操控机器人/400

10.9微小型机器人/404

10.10本章小结/409

本章参考文献/409
内容简介:
本书从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、特点、分类及研究现状，对压电材料、压电驱动基本结构形式及激励方法进行了概括性介绍，着重论述了著者团队在模态复合型压电驱动器、旋转型直驱压电驱动器、尺蠖型压电驱动器、惯性致动型压电驱动器、行走型压电驱动器方面的*新研究成果，详细介绍了著者团队在多自由度压电驱动技术和跨尺度压电驱动技术两个领域的*新研究进展，并对压电驱动技术的典型应用进行了总结和分析。
作者简介:
刘英想，男，工学博士，教授，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者、全国优秀博士论文获得者、哈尔滨工业大学青年科学家工作室负责人、黑龙江省“头雁”团队骨干成员、机器人技术与系统国家重点实验室骨干成员。主要研究方向为压电驱动理论与技术（精密压电驱动、纳米定位技术、压电换能器、超声振动利用技术、振动主动控制技术）、机器人理论与技术（仿生机器人、压电微纳操控机器人、柔性机器人、微型机器人、人工肌肉、机器鱼）
目录:
第1章绪论/1

1.1压电驱动技术概述/1

1.1.1压电驱动的定义和致动原理/1

1.1.2压电驱动技术的起源/2

1.1.3压电驱动器的特点/3

1.1.4压电驱动器的分类/5

1.2压电驱动技术研究方向概述/5

1.2.1构型设计/6

1.2.2压电材料/8

1.2.3摩擦材料/9

1.2.4驱动电源/10

1.2.5运动控制/11

1.3压电驱动器的研究现状/16

1.3.1行波超声压电驱动器/16

1.3.2驻波超声压电驱动器/20

1.3.3模态复合型超声压电驱动器/23

1.3.4叠堆型压电驱动器/28

1.3.5叠堆与柔性位移放大机构相融合的压电驱动器/29

1.3.6尺蠖型压电驱动器/32

1.3.7惯性致动型压电驱动器/34

1.3.8行走型压电驱动器/36

本章参考文献/37

第2章压电材料与压电驱动基础/50

2.1压电材料及其基本特性/50

2.1.1压电效应/50

2.1.2压电材料基本特性与参数/52

2.2压电驱动器基本结构形式/61

2.2.1贴片式压电驱动器/61

2.2.2夹心式压电驱动器/66

2.3压电驱动器的基本运动模式及激励方法/71

2.3.1纵向运动/71

2.3.2弯曲运动/72

2.3.3扭转运动/82

2.4弹性体基本振动模态及激励方法/84

2.4.1圆环轴向弯振/84

2.4.2圆筒径向弯振/89

2.4.3压电金属复合梁纵振/93

2.4.4压电金属复合梁弯振/95

本章参考文献/97

压电驱动技术目录第3章模态复合型超声压电驱动器/99

3.1基本振动模态组合方式/99

3.1.1纵纵模态组合/99

3.1.2纵弯模态组合/102

3.1.3弯弯模态组合/107

3.1.4纵扭模态组合/110

3.2纵纵复合型超声压电驱动器/112

3.2.1T形单足直线型超声压电驱动器/112

3.2.2I形双足直线型超声压电驱动器/114

3.3纵弯复合型超声压电驱动器/119

3.4弯弯复合型超声压电驱动器/127

3.4.1同阶弯振复合/127

3.4.2异阶弯振复合/134

3.5模态复合型超声压电驱动器特点简析/141

本章参考文献/141

第4章旋转型直驱压电驱动器/143

4.1旋转型压电驱动技术简析/143

4.1.1旋转致动原理分析/143

4.1.2旋转型压电驱动器分类/144

4.2基于压电陶瓷d15模式的旋转型直驱压电驱动器/146

4.2.1压电驱动器结构与致动原理/146

4.2.2实验研究/149

4.3基于压电陶瓷d33模式的旋转型直驱压电驱动器/152

4.3.1压电驱动器结构与致动原理/152

4.3.2实验研究/163

4.4基于压电陶瓷d31模式的旋转型直驱压电驱动器/166

4.4.1压电驱动器结构与致动原理/166

4.4.2实验研究/171

4.5关于紧凑旋转型压电驱动器的拓展思考/173

4.6本章小结/175

本章参考文献/175

第5章尺蠖型压电驱动器/176

5.1尺蠖型精密压电驱动技术简析/176

5.2四足尺蠖型压电驱动器/177

5.2.1压电驱动器结构与致动原理/178

5.2.2仿真分析/180

5.2.3实验研究/181

5.3双足尺蠖型压电驱动器/184

5.3.1压电驱动器结构与致动原理/184

5.3.2实验研究/188

5.4尺蠖型压电驱动器的运动解耦/192

5.4.1压电驱动器结构与致动原理/193

5.4.2仿真分析/195

5.4.3实验研究/198

5.5紧凑尺蠖型压电驱动器/205

5.5.1压电驱动器结构与致动原理/205

5.5.2仿真分析/208

5.5.3实验研究/210

5.6本章小结/213

本章参考文献/213

第6章惯性致动型压电驱动器/215

6.1惯性精密压电驱动技术简析/215

6.1.1惯性冲击式致动原理分析/215

6.1.2惯性摩擦式致动原理分析/216

6.2弯曲型惯性摩擦式压电驱动器/218

6.2.1压电驱动器结构与致动原理/218

6.2.2仿真分析/219

6.2.3实验研究/221

6.3弯曲型惯性冲击式压电驱动器/225

6.3.1压电驱动器结构与致动原理/225

6.3.2仿真分析/227

6.3.3实验研究/230

6.4惯性致动型压电驱动器的位移回退抑制方法/233

6.4.1压电驱动器结构与致动原理/234

6.4.2仿真分析/236

6.4.3实验研究/238

6.5本章小结/242

本章参考文献/243

第7章行走型压电驱动器/244

7.1多足协调步进致动原理/244

7.2四足行走直线型压电驱动器/245

7.2.1矩形波电压激励信号下压电驱动器特性/248

7.2.2梯形波电压激励信号下压电驱动器特性/251

7.3四足行走旋转型压电驱动器/255

7.3.1致动原理及构型设计/256

7.3.2四足行走旋转型压电驱动器特性实验研究/260

7.4本章小结/263

本章参考文献/264

第8章多自由度压电驱动技术/265

8.1双驱动器串联式两自由度直线型压电驱动器/265

8.1.1压电驱动器结构与致动原理/265

8.1.2实验研究/270

8.2单足致动两自由度旋转型压电驱动器/276

8.2.1基于夹心式结构的两自由度旋转型压电驱动器/276

8.2.2基于贴片式十字梁结构压电致动器的两自由度旋转型

压电驱动器/286

8.3双足致动两自由度直线型压电驱动器/293

8.3.1压电驱动器结构与致动原理/293

8.3.2实验研究/296

8.4本章小结/299

本章参考文献/299

第9章跨尺度压电驱动技术/301

9.1跨尺度压电驱动的基本思想/301

9.2多致动模式的一体化融合设计/303

9.2.1定子振动模态和运动模式/303

9.2.2弯曲复合型压电驱动器压电陶瓷片的尺寸和布置/305

9.2.3弯曲复合型压电驱动器在谐振工作模式下的谐振频率/306

9.2.4弯曲复合型压电驱动器在非谐振工作模式下的输出

位移/309

9.3一维直线跨尺度压电驱动器/312

9.3.1谐振工作模式/313

9.3.2直驱工作模式/321

9.4平面三维跨尺度压电驱动器/321

9.4.1压电驱动器结构与致动模式/322

9.4.2压电驱动器系统动力学模型/328

9.4.3压电驱动器特性仿真分析/338

9.4.4压电驱动器实验测试系统搭建及特性测试/342

9.4.5基于平面三维跨尺度压电驱动器的大行程纳米定位

平台/351

9.5本章小结/369

本章参考文献/370

第10章压电驱动技术典型应用/372

10.1精密定位平台/372

10.2生物组织及细胞穿刺/374

10.3光学仪器调姿/379

10.4超精密加工/383

10.5微纳加工/388

10.6振动抑制/391

10.7空间机构/396

10.8微纳操控机器人/400

10.9微小型机器人/404

10.10本章小结/409

本章参考文献/409

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