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| 編輯推薦： |
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压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的理论和技术基础，具有重要的科学意义和突出的实用价值。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。全书由哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室刘英想教授团队依托国家自然科学基金项目的研究成果撰写而成。
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| 內容簡介： |
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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最新研究成果，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最新研究进展，并对压电驱动技术的典型应用进行了总结和分析。
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| 關於作者： |
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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）
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| 目錄：
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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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| 內容試閱：
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总序 近年来，“智能制造 共融机器人”特别引人瞩目，呈现出“万物感知、万物互联、万物智能”的时代特征。智能制造与共融机器人产业将成为优先发展的战略性新兴产业，也是“中国制造2049”创新驱动发展的巨大引擎。值得注意的是，智能汽车与无人机、水下机器人等一起所形成的规模宏大的共融机器人产业，将是今后30年各国争夺的战略高地，并将对世界经济发展、社会进步、战争形态产生重大影响。与之相关的制造科学和机器人学属于综合性学科，是联系和涵盖物质科学、信息科学、生命科学的大科学。与其他工程科学、技术科学一样，制造科学、机器人学也是将认识世界和改造世界融合为一体的大科学。20世纪中叶，Cybernetics与Engineering Cybernetics等专著的发表开创了工程科学的新纪元。21世纪以来，制造科学、机器人学和人工智能等领域异常活跃，影响深远，是“智能制造 共融机器人”原始创新的源泉。 华中科技大学出版社紧跟时代潮流，瞄准智能制造和机器人的科技前沿，组织策划了本套“智能制造与机器人理论及技术研究丛书”。丛书涉及的内容十分广泛，热烈欢迎各位专家从不同的视野、不同的角度、不同的领域著书立说。选题要点包括但不限于：智能制造的各个环节，如研究、开发、设计、加工、成形和装配等；智能制造的各个学科领域，如智能控制、智能感知、智能装备、智能系统、智能物流和智能自动化等；各类机器人，如工业机器人、服务机器人、极端机器人、海陆空机器人、仿生/类生/拟人机器人、软体机器人和微纳机器人等的发展和应用；与机器人学有关的机构学与力学、机动性与操作性、运动规划与运动控制、智能驾驶与智能网联、人机交互与人机共融等；人工智能、认知科学、大数据、云制造、物联网和互联网等。 本套丛书将成为有关领域专家、学者学术交流与合作的平台，青年科学家茁壮成长的园地，科学家展示研究成果的国际舞台。华中科技大学出版社将与施普林格(Springer)出版集团等国际学术出版机构一起，针对本套丛书进行全球联合出版发行，同时该社也与有关国际学术会议、国际学术期刊建立了密切联系，为提升本套丛书的学术水平和实用价值，扩大丛书的国际影响营造了良好的学术生态环境。 近年来，高校师生、各领域专家和科技工作者等各界人士对智能制造和机器人的热情与日俱增。这套丛书将成为有关领域专家、高校师生与工程技术人员之间的纽带，增强作者与读者之间的联系，加快发现知识、传授知识、增长知识和更新知识的进程，为经济建设、社会进步、科技发展做出贡献。 *后，衷心感谢为本套丛书做出贡献的作者和读者，感谢他们为创新驱动发展增添正能量、聚集正能量、发挥正能量。感谢华中科技大学出版社相关人员在组织、策划过程中的辛勤劳动。华中科技大学教授、中国科学院院士熊有伦前言 精密驱动是高端装备领域的一项共性支撑技术，精密驱动设备的行程、速度和精度等指标将直接决定装备的加工精度、机器人的操控精度、仪器的检测精度、航天器的飞行轨迹精度和武器系统的打击精度等。例如，超精加工运动平台、大规模集成电路加工、MEMS(microelectromechanical system，微机电系统)器件封装、细胞精细操控等均对驱动系统的各项指标提出了极为苛刻的要求，部分指标已超出目前所能达到的极限。因此，在寻求高端装备技术突破过程中*为基础和亟待攻克的问题之一就是要发展新型的精密驱动技术。压电驱动技术具有结构简单、构型多样、力密度高、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰、环境适应性好等突出优势，已成为推动高端装备向高精尖方向发展的一项核心技术，超精加工、半导体制造、机器人、精密仪器、生命科学、航空航天和武器装备等领域对其均具有迫切的应用需求。压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的理论和技术基础，具有重要的科学意义和突出的实用价值。 本书共分十章：第1章叙述了压电驱动技术的定义、特点及分类，详细介绍了不同类型压电驱动器的国内外研究现状。第2章简要介绍了压电材料及其基本特性，分析了两种常用的压电驱动器基本结构形式，并进一步对压电驱动器采用的基本运动模式及激励方法、弹性体基本振动模态及激励方法进行了详细的分析。第3章以采用谐振工作模式的模态复合型超声压电驱动器为对象，详细分析了常用的基本振动模态组合方式，并对著者团队所提出的纵纵复合型、纵弯复合型、弯弯复合型超声压电驱动器进行了详细分析。第4章以直驱压电驱动器为研究对象，详细介绍了著者在旋转型压电驱动器领域的研究成果，提出了三种新型旋转型直驱压电驱动器。第5章简单介绍了尺蠖型压电驱动器的基本工作原理及特点，对著者团队所提出的尺蠖型压电驱动器进行了详细分析，并重点讨论了尺蠖型压电驱动器中存在的运动耦合问题。第6章分析了惯性致动型压电驱动器的致动原理，并对著者团队所研制的两种类型的惯性致动型压电驱动器进行了详细分析，并重点讨论了惯性压电驱动中存在的位移回退问题。压电驱动技术前言第7章分析了压电驱动器多足协调步进致动原理，并对著者团队所研制的直线型和旋转型压电驱动器进行了详细分析。第8章提出了单足多维轨迹致动和多足协调致动两种适用于压电驱动维度拓展的新思想，并对著者团队提出的四种多自由度压电驱动器进行了详细分析。第9章提出了基于多模式融合来实现跨尺度压电驱动的新思想，并对著者团队所研制的两种具备跨尺度驱动能力的新型压电驱动器进行了详细分析。第10章分析了压电驱动技术的典型应用。 本书第1章和第2章由刘英想、邓杰和陈维山共同撰写，第3章至第10章由刘英想和邓杰共同撰写，全书由刘英想修改定稿。本书吸收了著者团队已毕业/在读博士和硕士研究生杨小辉、徐冬梅、田鑫琦、王良、于洪鹏、卢飞、杜鹏飞、常庆兵、张仕静、史东东、闫纪朋、刘宇阳、赵亮亮、谷志征、申志航、沈强强、王云、高祥、李京、张彬瑞、李宜卿、荀铭鑫等人的研究成果。这些研究成果是著者团队集体创造和智慧的结晶。 本书的出版是国家自然科学基金（资助项目包括：优秀青年科学项目51622502，联合基金项目U1913215，面上项目51475112，青年科学基金项目51105097）、高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金（资助项目编号为201424）、霍英东教育基金会第十五届高等院校青年教师基金（资助项目编号为151053）、中国博士后科学基金（特别资助项目，编号为2013T60357）等基金，以及机器人技术与系统国家重点实验室（自主课题，编号为SKLRS201801B、SKLRS201605B）、数字制造装备与技术国家重点实验室（开放课题，编号为DMETKF2015008）、机械结构力学及控制国家重点实验室（开放课题，编号为MCMS0315K01）资助的结果，在此表示深切的谢意。 特别感谢曾经支持过我们研究工作的专家和学者们，他们是：蔡鹤皋院士、邓宗全院士、刘宏院士、王子才院士、赵淳生院士、赵杰教授、孙立宁教授、姚郁教授、谢晖教授、刘军考教授。 压电驱动技术涉及多个学科，限于著者的研究水平，加之所列举的部分压电驱动器还处于实验室研究阶段，本书中难免存在不妥之处，恳请广大读者批评、指正。刘英想2021年10月
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