对称作动装置作为一种机电致动器，常用于要求对称运动、驱动和控制的领域，如抓取或剪切操作，以及微通道的快速对称打开或关闭。
需求旺盛的一个场景是微创手术，包括精确抓取和切割肿瘤细胞、视网膜显微手术等。在微机电装置领域，剪切或抓取操作本质上属于两个末端执行器之间的两个对称驱动。然而，几乎没有一个电机可以直接产生两个对称的线性运动。
一般来说，要产生两个对称的运动，一种比较简单的方法是用两个串连或并联的定子分别驱动两个同时相互靠近或远离的流道。第二种方法是在一对反向螺纹或一对反向齿轮的辅助下，将输出轴的旋转运动转化为两个线性对称运动。
第三种解决方案是采用复杂的传动机构，如机架和小齿轮、柔性铰链等，将一个执行机构的单向运动转化为两个相反的运动。然而，上述所有方法都会导致更复杂和更大的结构，并且可能以非常有限的冲程和输出力为代价。
因此，有必要开发一种新的驱动机构，仅由一个小型化、集成化的压电定子或作动器驱动两个流道实现大运动范围的对称高精度运动。
董树祥教授的研究小组开发了一种新型的对称驱动线性压电超声电机(SLPUM)，该电机可以直接产生一对剪刀的双向对称运动输出，而无需使用额外的复杂传动机构。
其基本思想是，一个包含(2 × 3)阵列单元的压电陶瓷棒可以在第一纵向(L1)和第三弯曲(B3)模式的耦合谐振模式下工作，从而在其两个摩擦尖端产生两个相反方向的对称椭圆运动轨迹。
通过摩擦联轴器，可以将两个摩擦头的对称椭圆运动转化为两个运动器的对称、同步的相同速度的反向或向后运动。这种工作机构革命性地改变了传统的一个定子只能驱动一个作动器的工作原理。同时，这种对称作动机构使压电电机的工作效率提高了一倍。
此外，由于滑块上安装了一对商业显微外科剪刀，L1-B3 SLPUM可以进一步应用于显微外科机器人，进行高精度的显微外科手术。而且，这种剪切效应可以使两个驱动端的输出力增加数倍。
该样机具有以下特点:(1)两个滑块向外或向内的相对移动速度快(~ 1.0 m/s)，(2)滑块的步进分辨率高(40 nm)，(3)输出力相对较大(滑块3.4 N，剪刀17 N)，(4)输出功率高(347.8 mW)，功率密度高(405.4 mW/cm3或9.65 mW/cm3·kHz)，是已有报道的两倍，(5)在150 Vpp/mm的电场下效率高(22.1%)。因此，本工作对今后压电作动装置的设计具有指导意义。
为了验证，研究人员利用该原型进行了不同应用场景的实验，如切割铜线、猪肉、牛肉片、肠子等。因此，该电机可以进一步应用于显微外科机器人，进行高精度的抓取、剪切等外科手术。本文提出的设计策略为未来压电微机电器件的发展开辟了一条新的道路。
这项研究发表在《研究》杂志上。
更多资料:李占苗等，一种能产生剪切效应的对称驱动线性压电陶瓷超声电机，研究(2023)。DOI: 10.34133 / research.0156一种能够产生剪切效应的对称驱动线性压电陶瓷超声波电机(2023,7月26日)，2023年7月28日检索自https://techxplore.com/news/2023-07-symmetric-actuating-linear-piezoceramic-ultrasonic-motor.html。本文受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
