随着科技的发展,一些精密装置对运动的要求越来越高,单自由度驱动已经无法满足要求。基于压电技术发展起来的多自由度压电作动器具有高机械集成度、体积小、高位移分辨率,快速的启停响应,不受电磁干扰等优势,被广泛应用于航空航天、微电子、医疗器械、武器装备和智能机器人等领域。然而,多自由度压电作动器往往需要更高的驱动电压,不利于精密装置的轻量化与集成化,这无疑限制了多自由度压电作动器的应用。本课题针对低压驱动的多自由度压电作动器的设计要求,分别基于单层压电陶瓷片和压电叠堆提出了两种低压驱动的旋转型多自由度压电驱动机制,结构简单节凑。主要研究内容包括:1、针对现有的多自由度驱动机制所提出的难以小型化的问题,提出了一种惯性式多自由度压电作动器设计方案并制作了原理样机。该作动器工作于单模态激励条件下,以锯齿波作为激励信号,分别激发出梁的面内二阶弯振和面外二阶弯振,依靠转子的惯性力克服滑动摩擦力驱动转子产生多自由度运动。2、针对提出的惯性式多自由度压电作动器驱动电压较高问题,提出了一种低压驱动的非共振式叠堆型多自由度压电作动器。该作动器采用压电叠堆作为激励元件,通过激励不同组的压电叠堆,在驱动足上形成三种类型的椭圆运动来驱动球形转子绕三个坐标轴旋转。通过理论和仿真分析推导了驱动足上的椭圆运动轨迹。利用参数化扫描工具,优化了压电振子的结构尺寸参数。3、加工制作了叠堆型多自由度压电作动器的原理样机并测试了相关的机械输出特性。实验结果表明,原理样机能实现三个自由度的旋转运动;在一定的频率范围内,原理样机的输出转速随着频率的增加而增加;原理样机的输出转速与电压的变化呈正相关;当原理样机绕X轴和Y轴旋转时,存在轻微的耦合运动;原理样机的启停响应时间达到毫秒级别,响应速度快;原理样机具有高的角位移分辨率,绕X轴和Y轴旋转的角位移分辨率分别达到2.5μrad和5μrad,满足精密驱动装置的设计要求。