随着医疗和健康管理的发展,便携式、植入式医用微型电子设备应用越来越广泛。然而,难以持续的供能问题是制约其快速发展的重要因素。为解决传统的供能弊端,医用压电自供能研究得到了学者的广泛重视。通过压电俘能器可将转化人体动能(包括自主和非自主运动)为电能,为可穿戴、植入式医用电子设备供电。鉴于此,对压电俘能技术在医疗领域中的研究现状和发展趋势进行了总结分析。为促进自供能便携式和植入式医用设备的发展,高性能柔性压电材料、低频重载荷俘能器、低频微型俘能器和稳定高效电路系统的研究是今后的主要发展方向。

提出通过改变压电移动机构和接触面之间正压力的方法,改变机构不同方向的摩擦力,使机构沿规定方向运动的惯性冲击式压电移动机构的工作机理,设计并研制了试验装置,并进行了试验研究,试验表明,机构在方波这种对称信号的激励下就能够实现可控的正向直线运动。

采用电磁与压电相结合的方式给出了一种直线驱动器,详细介绍了该驱动器的结构与工作原理,并对其牵引力进行了估算与分析;比较了几种典型的驱动器控制信号波形,并选择一种较为合理的波形进行了驱动器性能试验,试验结果表明该驱动器能够可靠地实现双向运动,具有行程大,精度高,易于控制等特点,可用于微定位、微驱动等领域.

采用理论分析和有限元数值模拟相结合的方法,对压电折叠梁微执行器在低电压下工作时的器件结构进行优化设计。首先通过理论分析获得优化的器件结构参数,再通过有限元模拟验证理论分析结果。在器件设计中,通过综合考虑制造工艺、工作条件、器件应用的可靠性,对压电悬臂梁长度、单晶硅层厚度、折叠梁级数,以及工作电压进行折衷优化,获得低电压应用时最佳的器件参数。

提出一种新型压电驱动精密位移机构,着重介绍了其结构、工作原理和控制方法,分析了机构参数与输出性能之间的关系.该机构以压电叠堆为动力元件驱动流体,利用换向阀控制流体流向,通过执行缸两个腔体内流体置换的方法将压电叠堆的往复振动转换成执行缸的直线运动.调整电压或执行缸的参数可获得所需的进给步长和输出推力,具有精度高、易于控制、稳定性好等特点,适用于微位移以及较大行程范围内的精密进给运动.

为研制电流变液作为钳位介质的大行程高精度蠕动式进给机构，以压电陶瓷作为驱动元件，沸石／硅油型电流变液作为钳位介质，研制了蠕动式压电电流变液直线式进给机构样机，并利用计算机编程对机构的进给运动进行了控制，发现机构运动中存在负位移现象并研究了压电陶瓷驱动电压、电流变液钳位电压以及电流变液充放电时间对机构负位移的影响，建立了机构的动力学模型，对影响负位移大小的因素进行了定性探讨。结果表明，机构运动过程中，极板所受的作用力主要是钳位力、阻尼力和压电陶瓷的驱动力，增大钳位力，减小阻尼力，增大驱动力同时减缓驱动力的变化速率，对减小负位移有利。

提出并研究了一种空间分布压电驱动的多自由度微定位新技术.采用多个压电驱动器的空间并列分布实现六自由度精密微定位.本文作者阐述了微定位原理,建立了载物台位姿与驱动器伸缩量之间的关系,介绍了微定位装置的构造.

为了探究喷嘴挡板式压电气动微阀阀口密封宽度对阀口流动特性的影响,应用CFD技术,采用SST k-ω湍流模型,对不同密封宽度下阀口的流动特性进行了数值模拟计算。结果发现,阀口端面密封宽度对压电气动微阀阀口的流动特性有显著的影响,选取合理的阀口端面密封宽度,可降低阀口的压力损失,提升气动微阀阀口的过流能力;同时发现微阀流量-压力系数不受阀口端面密封宽度的影响。该研究为阀口设计提供了重要参考。

为了解决压电测力仪的静态标定,文中介绍了自行研制的高精度、高刚性静态标定平台原理与结构。该标定台垂直力、水平力均采用螺旋加载方式,力值大小由三级标准测力环直接读取;而扭矩的加载采用＂力×力臂＂法,通过平移两个水平加载机构形成力臂,同时产生大小相等、方向相反的两个力来实现。对该标定台进行精度和刚度实测,结果表明相关指标均达到了CIRP-STCC标准。无疑,利用该标定平台可完成单向、双向力传感器、三向压电式测力仪以及钻削测力仪的静态灵敏度、线性、重复性、滞后以及横向干扰标定。

为解决大行程运动系统的高精度定位问题结合液压伺服技术与压电技术独特的优点并应用到并联机构中提出了一种基于电液-压电混合伺服驱动的3-RPR并联机构并基于接口的多领域协同仿真方法研究其虚拟样机。其中采用ADAMS软件建立其机械模块、采用AMESim软件建立其液压系统及压电驱动系统模块、采用MATLAB软件建立其控制模块。通过联合仿真分析了其动态特性为实际物理样机设计和参数优化提供理论依据。