DE112011104734T5

DE112011104734T5 - Actuation of electromechanical actuator devices

Info

Publication number: DE112011104734T5
Application number: DE112011104734T
Authority: DE
Inventors: Mats Bexell
Original assignee: Piezomotor Uppsala AB
Current assignee: Piezomotor Uppsala AB
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2013-10-10
Also published as: WO2012097868A1

Abstract

Ein Verfahren zum Antreiben einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung weist ein Antreiben (210) eines Gegenstands durch Bewegen eines Antriebs-Interaktionsbereichs eines Antriebsaktuators in Kontakt mit einer Interaktionsfläche des Gegenstands auf. Eine Last wird vom Antriebsaktuator zu einem Halteaktuator übertragen (212). Eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich ist senkrecht (214) zur Hauptbewegungsrichtung während der gesamten Beseitigung der Verformung des Antriebsaktuators und der gesamten Freigabe des Antriebs-Interaktionsbereichs von der Interaktionsfläche. Der Antriebsaktuator wird nach dem Übertragen zurückgezogen (216), um mit der Interaktionsfläche kontaktlos zu sein. Die Last des Gegenstands wird vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Zurückziehen rückübertragen (218). Das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen wird wiederholt (230), wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.A method of driving an electromechanical actuator device comprises driving (210) an article by moving a drive interaction region of a drive actuator in contact with an interaction surface of the article. A load is transmitted from the drive actuator to a hold actuator (212). Active relative movement between the hold interaction area and the drive interaction area is perpendicular (214) to the main motion direction during the total elimination of the drive actuator deformation and the total release of the drive interaction area from the interaction area. The drive actuator is retracted (216) after transfer to be contactless with the interaction surface. The load of the article is retransferred from the hold actuator to the drive actuator after retraction (218). The driving, transferring, retracting and retransferring is repeated (230), thereby producing a stepwise movement of the object in the main direction of movement.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Betätigung von elektromechanischen Aktuatoren und insbesondere auf eine Erzeugung einer Bewegung durch eine Wiederholung von kleinen Schritten durch elektromechanische Aktuatoren.The present invention relates generally to actuation of electromechanical actuators, and more particularly to generation of motion by repeating small steps through electromechanical actuators.

Hintergrundbackground

Elektromechanische Aktuatoren und insbesondere elektromechanische Motoren sind weitgehend für viele unterschiedliche Aufgaben in den letzten Jahren verwendet worden. Eine große Kraft, kleine Größe, hohe Geschwindigkeit, hochpräziser Positionieren und kostengünstiges Herstellen sind attraktive Eigenschaften von vielen Motoren des Stands der Technik. Jedoch sind die attraktiven Eigenschaften auch widersprüchlich und ein Optimieren bezüglich eines Aspekts reduziert oft andere Eigenschaften.Electromechanical actuators, and particularly electromechanical motors, have been used extensively for many different purposes in recent years. Great power, small size, high speed, high precision positioning and low cost manufacturing are attractive features of many prior art motors. However, the attractive features are also contradictory and optimizing one aspect often reduces other features.

Elektromechanische Aktuatoranordnungen, die einen Satz von Antriebselementen verwenden, die eine zweidimensionale Bewegung aufweisen, sind eine zeitlang diskutiert worden. In der US 6,066,911 sind Stapel von piezoelektrischen Schichten nebeneinander auf einer gemeinsamen piezoelektrischen Basis ausgebildet. Dieses Antriebselement ist vorgesehen, um im Ultraschallfrequenzbereich angetrieben zu werden, um profitiert dadurch von der hohen Geschwindigkeit und der hohen Energieeffizienz. In der US 6,337,532 wird ein ähnlicher Basisansatz verwendet, aber die Betätigung ist für eine nicht resonante, fortlaufende Betätigung vorgesehen. Die Erregung der Piezobeine wird sehr kontrolliert ausgeführt, bei der eine reibungslose Bewegung und eine sehr genaue Positionierung vorgegeben ist. Jedoch sind diese Betätigungsfrequenzen weit unter der Resonanz.Electromechanical actuator assemblies employing a set of drive elements having two-dimensional motion have been discussed for some time. In the US 6,066,911 For example, stacks of piezoelectric layers are formed side by side on a common piezoelectric base. This drive element is intended to be driven in the ultrasonic frequency range, thereby benefiting from the high speed and the high energy efficiency. In the US 6,337,532 a similar basic approach is used, but the actuation is intended for non-resonant, continuous actuation. The excitement of the piezo legs is performed very controlled, in which a smooth movement and a very accurate positioning is given. However, these operating frequencies are far below resonance.

Während des äußerst genauen Positionierens gibt es bestimmte Überlegungen, die bezüglich der fortlaufenden Betätigung übernommen werden müssen. Wenn die Last von dem zu bewegenden Gegenstand von einem Satz von Aktuatoren zu einem anderen Satz verschoben wird, werden die elastische Verformung der Aktuatoren und die relative Länge der Aktuatoren bei der Vorhersehbarkeit und Wiederholbarkeit der Schrittlänge eine Rolle spielen. Um außerdem die maximale theoretische Schrittlänge verwenden zu können, müssen die genauen relativen Längen der Aktuatoren sehr genau bekannt sein. Dies erfordert äußerst hohe Anforderungen bei der Herstellung der Aktuatoren und erhöht daher die Gesamtherstellkosten.During the extremely accurate positioning, there are certain considerations that must be adopted with respect to the continuous operation. As the load from the object to be moved is displaced from one set of actuators to another set, the elastic deformation of the actuators and the relative length of the actuators will play a role in the predictability and repeatability of the stride length. In addition, to use the maximum theoretical stride length, the exact relative lengths of the actuators must be very accurately known. This requires extremely high demands in the manufacture of the actuators and therefore increases the overall manufacturing costs.

Ein ähnlicher Ansatz ist in der US 7,067,958 offenbart. In einer der darin dargestellten Ausführungsformen wird die Idee vorgestellt, dass ein Antriebsaktuator und ein Halteaktuator verwendet wird, um die Wärmeerzeugung in den Volumen des aktiven elektromechanischen Materials zu reduzieren. Die Spitze des Antriebsaktuators ist entlang einer zweidimensionalen Bahn bezüglich der gemeinsamen Abstützung beweglich. Die Spitze des Halteaktuators (Halteaktuatoren) ist stattdessen nur linear, senkrecht zur vorgesehenen Bewegungsrichtung, beweglich. Kurz gesagt, der Antriebsaktuator ist in mechanischer Interaktion mit einer Interaktionsfläche des zu bewegenden Gegenstands. Durch Bewegen der Spitze des Antriebsaktuators in die vorgesehene Bewegungsrichtung wird eine Kraft auf den Gegenstand aufgebracht, der im Wesentlichen der Spitze folgt. Wenn der Antriebsaktuator zu seiner Ursprungsposition zurückkehrt, wird dem Gegenstand ermöglicht, auf dem Halteaktuator zu bleiben, während der Antriebsaktuator seinen mechanischen Kontakt mit dem Gegenstand freigibt. So wird eine schrittweise Bewegung unter Verwendung von nur einem zweidimensionalen beweglichen Aktuator erzeugt. Die Halteaktuatoren sind vorgesehen, um während des Antriebs mehr oder weniger stationär zu sein, das bedeutet, dass durch diese nur eine geringe Wärme erzeugt wird. Die Hauptverschiebung der Halteaktuatoren ist zum Einstellen der effektiven Schrittlänge vorgesehen. Jede Bewegung der Halteaktuatoren während der übergebenden Abläufe soll für ein Vorgeben eines reibungslosen Übergangs des mechanischen Kontakts des Gegenstands zum oder vom Antriebsaktuator verwendet werden. Dazu sind beim Antriebsaktuator und Halteaktuator im Wesentlichen dieselben Geschwindigkeiten in Z-Richtung während der Übergabeperiode vorgegeben, das heißt, sie bewegen sich in dieselbe Z-Richtung.A similar approach is in the US 7,067,958 disclosed. In one of the embodiments illustrated therein, the idea is presented that a drive actuator and a hold actuator be used to reduce heat generation in the volumes of the active electro-mechanical material. The tip of the drive actuator is movable along a two-dimensional path with respect to the common support. Instead, the tip of the holding actuator (holding actuators) is only linearly movable perpendicular to the intended direction of movement. In short, the drive actuator is in mechanical interaction with an interaction surface of the object to be moved. By moving the tip of the drive actuator in the intended direction of movement, a force is applied to the object which substantially follows the tip. When the drive actuator returns to its original position, the article is allowed to remain on the holding actuator while the drive actuator releases its mechanical contact with the object. Thus, a stepwise motion is generated using only a two-dimensional movable actuator. The holding actuators are designed to be more or less stationary during propulsion, which means that only a small amount of heat is generated by them. The main displacement of the hold actuators is intended to set the effective stride length. Any movement of the holding actuators during the transferring operations shall be used to provide a smooth transition of the article's mechanical contact to or from the drive actuator. For this purpose, the drive actuator and holding actuator are given substantially the same Z-direction velocities during the transfer period, that is, they move in the same Z direction.

Dieses Hauptantriebsprinzip hat sich in den meisten Fällen als gut zu betätigen erwiesen. Bei bestimmten Anwendungen sind jedoch kleine Nachteile bemerkt worden. Weil die Bewegung des Antriebsaktuators die Haupttätigkeit während der Übertragung der Last des Gegenstands zwischen Antriebs- und Halteaktuatoren ist, und diese Bewegung typischerweise in eine nicht senkrechte Richtung bezüglich der Interaktionsfläche des zu bewegenden Gegenstandes ausgeführt wird, ist die genaue Position, bei der der Halteaktuator die Hauptlast übernimmt, abhängig von den genauen relativen Längen der Aktuatoren. Um die maximal erhältliche Schrittlänge zu verwenden, müssen auch die exakten relativen Längen der Aktuatoren sehr genau bekannt sein. Dies führt zu einer kleinen, aber existierenden Unsicherheit in die Hauptbewegungsrichtung.This main drive principle has proven to be good in most cases. However, certain disadvantages have been noted in certain applications. Because the movement of the drive actuator is the main action during transmission of the load of the object between drive and hold actuators, and this movement is typically performed in a non-perpendicular direction with respect to the interaction surface of the object to be moved, the exact position at which the hold actuator is the Main load takes over, depending on the exact relative lengths of the actuators. To use the maximum available stride length, the exact relative lengths of the actuators must also be known very accurately. This leads to a small but existing uncertainty in the main movement direction.

Im Artikel ”Development of compact high precision linear piezoelectric stepping positioner with nanometer accuracy and large travel range” von D. Kang et al. in Review of Scientific Instruments 78, 075112, 2007 , wird ein piezoelektrischer Schrittpositionierer mit einem Zuführaktuator, der auf einer Schubverformung im Aktuator basiert, und mit Eingriffsaktuatoren, die auf linearen erweiterungsfähigen Aktuatoren basieren, offenbart. In einer Zuführphase ist der Zuführaktuator mit dem zu bewegenden Gegenstand in Kontakt, während der Gegenstand während einer Erholungsphase auf den Eingriffsaktuatoren bleibt. Dem Gegenstand wird dadurch eine schrittweise Bewegung vorgegeben. Der Zuführaktuator wird durch eine sinusförmige Spannung angetrieben, während die Eingriffsaktuatoren durch eine abgestufte Spannung versorgt werden.In the article D. "Development of compact high precision linear piezoelectric stepping positioner with nanometer accuracy and large travel range" of D. Kang et al. in Review of Scientific Instruments 78, 075112, 2007 , a piezoelectric step positioner is disclosed having a feed actuator based on shear deformation in the actuator and engaging actuators based on linear expandable actuators. In a feed phase, the feed actuator is in contact with the object to be moved while the article remains on the engaging actuators during a recovery phase. The object is thereby given a stepwise movement. The feed actuator is driven by a sinusoidal voltage while the engaging actuators are supplied by a stepped voltage.

Der Schritt der Eingriffsaktuatoren ist derzeitig jedoch nicht perfekt. Während des tatsächlichen Übertragungs der Last zwischen dem Zuführaktuator und den Eingriffsaktuatoren treten außerdem elastische Verformungen an dem Bereich auf, der die Last übernimmt, und gleichzeitig werden elastische Verformungen von dem Bereich, den die Last verlassen hat, entfernt. Das bedeutet, dass die tatsächliche Übertragung eine bestimmte Zeit zum Ausführen benötigt. Im Artikel wird eine Funktionsstörung beim Übertragungsereignis angemerkt. Für kürzere Betätigungsperioden und für konstante Lastzustände sind diese Funktionsstörungen wahrscheinlich angemessen wiederholbar. Mit der Zeit oder mit einer Änderung der Betätigungszustände wird sich jedoch auch diese Funktionsstörung verändern und eine Unsicherheit beim Positionieren einleiten.The step of the engagement actuators is currently not perfect. In addition, during the actual transfer of the load between the feed actuator and the engaging actuators, elastic deformations occur at the portion that takes over the load, and at the same time, elastic deformations are removed from the portion left by the load. This means that the actual transfer takes a certain amount of time to complete. The article mentions a malfunction in the transmission event. For shorter actuation periods and for constant load conditions, these malfunctions are likely to be reasonably repeatable. Over time, or with a change in the operating states, however, this malfunction will also change and introduce an uncertainty in positioning.

ZusammenfassungSummary

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorhersagbarkeit und Wiederholbarkeit bei der Schrittlänge zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Empfindlichkeit der Positionsgenauigkeit bei allen Unsicherheiten bei den Aktuatorlängen zu reduzieren.It is therefore an object of the present invention to improve predictability and repeatability in stride length. Another object of the present invention is to reduce the sensitivity of positional accuracy in all actuator length uncertainties.

Diese Aufgaben werden durch elektromechanische Aktuatorvorrichtungen und Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in abhängigen Ansprüchen definiert. In einem ersten Aspekt weist ein Verfahren zum Antreiben einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung allgemein ein Antreiben des Gegenstandes auf, indem bei einem Antriebsaktuator bewirkt wird, dass er seinen Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereiches bewegt. Der Antriebs-Interaktionsbereich ist mit einer Interaktionsfläche des Gegenstands während des Antreibens mechanisch in Kontakt. Der Antriebsbahnbereich weist zumindest eine Komponente entlang einer Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Eine Last des Gegenstands wird vom Antriebsaktuator zu einem Halteaktuator nach dem Antreiben übertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, beseitigt wird und der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Das Übertragen bewirkt beim Halteaktuator, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Eingriffsbahn zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche zu bewegen. Eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich ist während einer Freigabeperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung. Die Freigabeperiode umfasst die gesamte Beseitigung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und die gesamte Freigabe des Antriebs-Interaktionsbereichs von der Interaktionsfläche. Der Antriebsaktuator wird nach der Übertragung zurückgezogen, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs zu bewegen. Während des Rückzugs weist der Antriebs-Interaktionsbereich keinen mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstandes auf. Der Rückzugs-Bahnbereich weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Die Last des Gegenstands wird vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Rückzug rückübertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und ein mechanischer Kontakt zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche erzeugt wird. Die Rückübertragung bewirkt beim Halteaktuator, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Freigabebahn zu bewegen, wobei der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitig wird. Beim Antriebsaktuator wird ein Bewegen durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators bewirkt. Auch beim Halteaktuator wird ein Bewegen durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Halteaktuators bewirkt. Das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen wird wiederholt, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.These objects are achieved by electromechanical actuator devices and methods according to the appended independent claims. Preferred embodiments are defined in the dependent claims. In a first aspect, a method of driving an electromechanical actuator device generally includes driving the article by causing a drive actuator to move its drive interaction region along a drive track region. The drive interaction region is mechanically in contact with an interaction surface of the article during driving. The drive track region has at least one component along a main direction of movement of the object. A load of the object is transmitted from the drive actuator to a hold actuator after driving, thereby eliminating deformation of the drive actuator caused by the load of the object and releasing the drive interaction area from the interaction surface. The transfer causes the holding actuator to move a holding interaction area along an engagement path to a mechanical contact with the interaction surface. Active relative movement between the hold interaction area and the drive interaction area is perpendicular to the main motion direction during a release period. The release period includes the total elimination of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total release of the drive interaction region from the interaction surface. The drive actuator is retracted after transmission by causing the drive actuator to move the drive interaction area along a retreat path area. During retraction, the drive interaction region has no mechanical contact with the interaction surface of the article. The withdrawal web portion has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article. The load of the article is retransferred from the holding actuator to the drive actuator after retraction, thereby creating a deformation of the drive actuator caused by the load of the article and a mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface. The retransmission causes the holding actuator to move a holding interaction area along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface. The drive actuator is caused to move by exciting volumes of the electro-mechanical active material within the drive actuator. Also, the hold actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the hold actuator. The driving, transferring, retracting and retransferring is repeated, thereby producing a stepwise movement of the object in the main direction of movement.

In einem zweiten Aspekt weist ein Verfahren zum Antreiben einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung ein Antreiben eines Gegenstands auf, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, einen Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereichs zu bewegen. Der Antriebs-Interaktionsbereich ist mit einer Interaktionsfläche des Gegenstands während des Antriebs mechanisch in Kontakt. Der Antriebsbahnbereich weist zumindest eine Komponente entlang einer Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Eine Last des Gegenstands wird vom Antriebsaktuator zu einem Halteaktuator nach dem Antreiben übertragen, wobei eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, beseitigt und der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Das Übertragen bewirkt beim Halteaktuator, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Eingriffsbahn zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche zu bewegen. Der Antriebsaktuator wird nach dem Übertragen zurückgezogen, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs zu bewegen. Während des Rückzugs weist der Antriebs-Interaktionsbereich keinen mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands auf. Der Rückzugs-Bahnbereich weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Die Last des Gegenstands wird vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Rückzug rückübertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und ein mechanischer Kontakt zwischen dem Antriebs- und Aktionsbereich und der Interaktionsfläche erzeugt wird. Die Rückübertragung bewirkt beim Halteaktuator, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Freigabebahn zu bewegen, wobei der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitigt wird. Eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich ist während einer Eingriffsperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung. Die Eingriffsperiode umfasst die gesamte Erzeugung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und die gesamte Herstellung des mechanischen Kontakts zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche. Beim Antriebsaktuator wird ein Bewegen durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators bewirkt. Auch beim Halteaktuator wird ein Bewegen durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Halteaktuators bewirkt. Das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen wird wiederholt, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.In a second aspect, a method of driving an electromechanical actuator device comprises driving an object by causing the drive actuator to move a drive interaction region along a drive track region. The drive interaction area is mechanically in contact with an interaction surface of the object during the drive. The drive track region has at least one component along a main direction of movement of the object. A load of the object is transmitted from the drive actuator to a holding actuator after driving, wherein a deformation of the drive actuator caused by the load of the Item is eliminated, and the drive interaction area is released from the interaction surface. The transfer causes the holding actuator to move a holding interaction area along an engagement path to a mechanical contact with the interaction surface. The drive actuator is retracted after transfer by causing the drive actuator to move the drive interaction area along a retreat path area. During retraction, the drive interaction region has no mechanical contact with the article's interaction surface. The withdrawal web portion has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article. The load of the article is retransferred from the hold actuator to the drive actuator after retraction, thereby creating a deformation of the drive actuator caused by the load of the article and a mechanical contact between the drive and action areas and the interaction surface. The retransmission causes the holding actuator to move a holding interaction area along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface. Active relative movement between the hold interaction area and the drive interaction area is perpendicular to the main motion direction during an engagement period. The engagement period includes the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article, and the total production of the mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface. The drive actuator is caused to move by exciting volumes of the electro-mechanical active material within the drive actuator. Also, the hold actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the hold actuator. The driving, transferring, withdrawing and retransferring is repeated, whereby a stepwise movement of the object in the main direction of movement is generated.

In einem dritten Aspekt weist eine elektromechanische Aktuatorvorrichtung einen Antriebsaktuator, einen Halteaktuator, einen zu bewegenden Gegenstand in eine Hauptbewegungsrichtung und eine Antriebselektronik auf. Der Antriebsaktuator weist einen Antriebs-Interaktionsbereich auf. Der Halteaktuator weist einen Halte-Interaktionsbereich auf. Der Gegenstand weist eine Interaktionsfläche auf. Der Antriebsaktuator weist Volumen von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden zur Erregung des elektromechanischen aktiven Materials auf, um geometrische Änderungen des Antriebsaktuators zu bewirken. Der Halteaktuator weist ebenso Volumen von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden zum Erregen des elektromechanischen aktiven Materials auf, um geometrische Änderungen des Halteaktuators zu bewirken. Die Antriebselektronik ist mit den Elektroden des Antriebsaktuators und des Halteaktuators verbunden. Die Antriebselektronik ist zum Vorsehen elektrischer Signale zum Erregen der Volumen des elektromechanischen aktiven Materials des Antriebsaktuators und des Halteaktuators angeordnet. Die elektrischen Signale sind angepasst, um den Gegenstand anzutreiben, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereichs zu bewegen, während er in mechanischem Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands ist. Der Antriebsbahnbereich weist zumindest eine Komponente entlang der Hauptbewegungsrichtung auf. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um eine Last des Gegenstands vom Antriebsaktuator zum Halteaktuator nach dem Antreiben zu übertragen, wobei eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, beseitigt und der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Das Übertragen bewirkt beim Halteaktuator ebenfalls, den Halte-Interaktionsbereich entlang einer Eingriffsbahn zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche zu bewegen. Die elektrischen Signale sind angepasst, um eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich zu bewirken, um senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung während einer Freigabeperiode zu sein. Die Freigabeperiode umfasst das gesamte Beseitigen der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und das gesamte Freigeben des Antriebs-Interaktionsbereichs von der Interaktionsfläche. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um den Antriebsaktuator nach dem Übertragen zurückzuziehen, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs zu bewegen. Während des Rückzugs weist der Antriebs-Interaktionsbereich keinen mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands auf. Der Rückzugs-Bahnbereich weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um die Last des Gegenstands vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Rückzug rückzuübertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, der durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und ein mechanischer Kontakt zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche erzeugt wird. Das Rückübertragen bewirkt beim Halteaktuator, den Halte-Interaktionsbereich entlang einer Freigabebahn zu bewegen, wodurch der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitigt wird. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen zu wiederholen, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.In a third aspect, an electromechanical actuator device comprises a drive actuator, a holding actuator, an object to be moved in a main movement direction, and drive electronics. The drive actuator has a drive interaction area. The hold actuator has a hold interaction area. The object has an interaction surface. The drive actuator has volumes of electromechanical active material and electrodes for exciting the electromechanically active material to cause geometric changes of the drive actuator. The hold actuator also includes volumes of electromechanical active material and electrodes for exciting the electromechanically active material to cause geometric changes of the hold actuator. The drive electronics are connected to the electrodes of the drive actuator and the holding actuator. The drive electronics are arranged to provide electrical signals for exciting the volumes of the electromechanical active material of the drive actuator and the holding actuator. The electrical signals are adapted to drive the article by causing the drive actuator to move the drive interaction region along a drive track region while in mechanical contact with the interaction surface of the article. The drive track region has at least one component along the main movement direction. The electrical signals are further adapted to transmit a load of the object from the drive actuator to the hold actuator after driving, eliminating deformation of the drive actuator caused by the load of the object, and releasing the drive interaction area from the interaction surface. The transfer also causes the hold actuator to move the hold interaction area along an engagement path to mechanical contact with the interaction surface. The electrical signals are adapted to cause active relative movement between the hold interaction region and the drive interaction region to be perpendicular to the main motion direction during a release period. The release period includes the total elimination of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total release of the drive interaction region from the interaction surface. The electrical signals are further adapted to retract the drive actuator after transmission by causing the drive actuator to move the drive interaction region along a retreat path region. During retraction, the drive interaction region has no mechanical contact with the article's interaction surface. The withdrawal web portion has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article. The electrical signals are further adapted to retransfer the load of the article from the holding actuator to the drive actuator after retraction thereby creating a deformation of the drive actuator caused by the load of the article and a mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface , The retransmission causes the holding actuator to move the holding interaction area along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface. The electrical signals are further adapted to repeat the driving, transmission, retraction and retransmission, thereby producing a stepwise movement of the object in the main direction of movement.

In einem vierten Aspekt weist eine elektromechanische Aktuatorvorrichtung einen Antriebsaktuator, einen Halteaktuator, einen zu bewegenden Gegenstand in eine Hauptbewegungsrichtung und eine Antriebselektronik auf. Der Antriebsaktuator weist einen Antriebs-Interaktionsbereich auf. Der Halteaktuator weist einen Halte-Interaktionsbereich auf. Der Gegenstand weist eine Interaktionsfläche auf. Der Antriebsaktuator weist Volumen von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden zur Erregung des elektromechanischen aktiven Materials auf, um geometrische Änderungen des Antriebsaktuators zu bewirken. Der Halteaktuator weist ebenso Volumen von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden zum Erregen des elektromechanischen aktiven Materials auf, um geometrische Änderungen des Halteaktuators zu bewirken. Die Antriebselektronik ist mit den Elektroden des Antriebsaktuators und des Halteaktuators verbunden. Die Antriebselektronik ist zum Vorsehen elektrischer Signale zum Erregen der Volumen des elektromechanischen aktiven Materials des Antriebsaktuators und des Halteaktuators angeordnet. Die elektrischen Signale sind angepasst, um den Gegenstand anzutreiben, in dem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereichs zu bewegen, während er in mechanischem Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands ist. Der Antriebsbahnbereich weist zumindest eine Komponente entlang der Hauptbewegungsrichtung auf. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um eine Last des Gegenstands vom Antriebsaktuator zum Halteaktuator nach dem Antreiben zu übertragen, wobei eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, beseitigt und der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Das Übertragen bewirkt beim Halteaktuator ebenfalls, den Halte-Interaktionsbereich entlang einer Eingriffsbahn zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche zu bewegen. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um den Antriebsaktuator nach dem Übertragen zurückzuziehen, indem beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs zu bewegen. Während des Rückzugs weist der Antriebs-Interaktionsbereich keinen mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands auf. Der Rückzugs-Bahnbereich weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um die Last des Gegenstands vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Rückzug rückzuübertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, der durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und ein mechanischer Kontakt zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche erzeugt wird. Das Rückübertragen bewirkt beim Halteaktuator, den Halte-Interaktionsbereich entlang einer Freigabebahn zu bewegen, wodurch der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitigt wird. Die elektrischen Signale sind angepasst, um eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich zu bewirken, um senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung während einer Eingriffsperiode zu sein. Die Eingriffsperiode umfasst das gesamte Erzeugen der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und das gesamte Herstellen des mechanischen Kontakts zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche. Die elektrischen Signale sind ferner angepasst, um das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen zu wiederholen, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.In a fourth aspect, an electromechanical actuator device comprises a drive actuator, a holding actuator, an object to be moved in a main movement direction, and drive electronics. The drive actuator has a drive interaction area. The hold actuator has a hold interaction area. The object has an interaction surface. The drive actuator has volumes of electromechanical active material and electrodes for exciting the electromechanically active material to cause geometric changes of the drive actuator. The hold actuator also includes volumes of electromechanical active material and electrodes for exciting the electromechanically active material to cause geometric changes of the hold actuator. The drive electronics are connected to the electrodes of the drive actuator and the holding actuator. The drive electronics are arranged to provide electrical signals for exciting the volumes of the electromechanical active material of the drive actuator and the holding actuator. The electrical signals are adapted to drive the article by causing the drive actuator to move the drive interaction region along a drive track region while in mechanical contact with the interaction surface of the article. The drive track region has at least one component along the main movement direction. The electrical signals are further adapted to transmit a load of the object from the drive actuator to the hold actuator after driving, eliminating deformation of the drive actuator caused by the load of the object, and releasing the drive interaction area from the interaction surface. The transfer also causes the hold actuator to move the hold interaction area along an engagement path to mechanical contact with the interaction surface. The electrical signals are further adapted to retract the drive actuator after transmission by causing the drive actuator to move the drive interaction region along a retreat path region. During retraction, the drive interaction region has no mechanical contact with the article's interaction surface. The withdrawal web portion has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article. The electrical signals are further adapted to retransfer the load of the article from the holding actuator to the drive actuator after retraction thereby creating a deformation of the drive actuator caused by the load of the article and a mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface , The retransmission causes the holding actuator to move the holding interaction area along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface. The electrical signals are adapted to cause active relative movement between the hold interaction region and the drive interaction region to be perpendicular to the main motion direction during an engagement period. The engagement period includes the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total establishment of the mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface. The electrical signals are further adapted to repeat the driving, transmission, retraction and retransmission, thereby producing a stepwise movement of the object in the main direction of movement.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen unempfindlicher gegenüber Fehlern in den Aktuatorvorrichtungen werden, und dadurch unempfindlicher gegenüber Verschleiß und Temperaturänderungen sind. Außerdem ist es einfacher, die maximale Schrittlänge zu erreichen, die durch das ausgewählte Design und die Spannungen ermöglicht wird. Außerdem ist das Positionieren vorhersagbarer.An advantage of the present invention is that the electromechanical actuator devices become less sensitive to faults in the actuator devices, and thus are less sensitive to wear and temperature changes. In addition, it is easier to achieve the maximum stride length enabled by the selected design and tensions. In addition, positioning is more predictable.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung kann zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen am besten durch Bezugnahme zur nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen verstanden werden. Darin zeigt:The invention, together with further objects and advantages, may best be understood by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings. It shows:

1A bis B schematische Darstellungen einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; 1A to B are schematic representations of an electromechanical actuator device according to the prior art;

2A bis C schematische Darstellungen einer weiteren elektromechanischen Aktuatorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik; 2A to C are schematic representations of a further electromechanical actuator device according to the prior art;

3A bis D schematische Darstellungen von Ausführungsformen von elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen; 3A to D are schematic representations of embodiments of electromechanical actuator devices;

4A bis C Diagramme von Ausführungsformen von Spannungskurven, die bei einem elektromechanischen Aktuator vorgesehen sind; 4A to C are diagrams of embodiments of voltage curves provided in an electromechanical actuator;

4D ein Diagramm, das eine Ausführungsform von Bewegungsmustern von Aktuatorfrontenden darstellt, die mit den Spannungskurven aus 4A bis C erhalten werden; 4D a diagram illustrating an embodiment of movement patterns of Aktuatorfrontenden, with the voltage curves from 4A to C are obtained;

5A bis C Diagramme von anderen Ausführungsformen von Spannungskurven, die bei einem elektromechanischen Aktuator vorgesehen sind; 5A to C are diagrams of other embodiments of voltage curves provided with an electromechanical actuator;

5D ein Diagramm, das eine Ausführungsform von Bewegungsmustern von Aktuatorfrontenden darstellt, die mit den Spannungskurven von 5A bis C erhalten werden; 5D a diagram illustrating an embodiment of movement patterns of Aktuatorfrontenden with the voltage curves of 5A to C are obtained;

6A bis C Diagramme von anderen Ausführungsformen von Spannungskurven, die bei einem elektromechanischen Aktuator vorgesehen sind; 6A to C are diagrams of other embodiments of voltage curves provided with an electromechanical actuator;

7A bis C Diagramme von weiteren Ausführungsformen von Spannungskurven, die bei einem elektromechanischen Aktuator vorgesehen sind; 7A to C are diagrams of further embodiments of voltage curves provided in an electromechanical actuator;

8 ein Ablaufdiagramm von Schritten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Antreiben einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung; 8th a flowchart of steps of an embodiment of a method for driving an electromechanical actuator device;

9A bis B schematische Darstellungen von Ausführungsformen von Elektronikvorrichtungen zum Zuführen von Spannungssignalen zu elektromechanischen Aktuatoren; 9A to B are schematic representations of embodiments of electronic devices for supplying voltage signals to electromechanical actuators;

9C ein Diagramm, das ein Laden und Entladen von Aktuatoren darstellt; 9C a diagram illustrating a loading and unloading of actuators;

9D ein Diagramm, das eine Ausführungsform einer Pulsweitenmodulation zum Laden und Entladen von Aktuatoren darstellt; 9D a diagram illustrating an embodiment of a pulse width modulation for loading and unloading of actuators;

10A bis B schematische Darstellungen von Ausführungsformen von Elektrodenverbindungen in einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung; 10A to B are schematic representations of embodiments of electrode connections in an electromechanical actuator device;

11A ein Diagramm, das eine weitere Ausführungsform von Bewegungsmustern von Aktuatorfrontenden darstellt; 11A a diagram illustrating a further embodiment of movement patterns of Aktuatorfrontenden;

11B bis D Diagramme von Ausführungsformen von Spannungskurven, die bei einem elektromechanischen Aktuator vorgesehen sind, die zu den Bewegungsmustern von 11A führen; und 11B to D are diagrams of embodiments of voltage curves that are provided in an electromechanical actuator, which corresponds to the movement patterns of 11A to lead; and

12 ein Ablaufdiagramm von Schritten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Parken einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung. 12 a flowchart of steps of an embodiment of a method for parking an electromechanical actuator device.

In den Zeichnungen werden dieselben Bezugsziffern für ähnliche oder entsprechende Elemente durchgängig verwendet.In the drawings, the same reference numerals are used consistently for similar or corresponding elements.

Bei Betrachtung der vorliegenden Erfindung sind die Probleme allgemein sehr klein und bei den meisten Anwendungen mehr oder weniger vernachlässigbar. Bei Anwendungen, in denen eine extreme Leistungsfähigkeit erforderlich ist, müssen jedoch auch kleine Probleme gelöst werden, um eine zufriedenstellende Betätigung zu bieten. Um die grundlegenden Gründe zum Suchen nach einer Lösung vollständig zu verstehen, werden zwei Beispiele von Vorrichtungen des Stands der Technik und ihre Betätigung dargestellt.Considering the present invention, the problems are generally very small and more or less negligible in most applications. However, in applications where extreme performance is required, even small problems must be solved to provide satisfactory performance. To fully understand the basic reasons for seeking a solution, two examples of prior art devices and their operation are illustrated.

In einem üblichen Motor gemäß den Grundsätzen, die zum Beispiel im US-Patent 6,337,532 dargestellt sind, werden zwei Sätze von Antriebsaktuatoren verwendet, die in abwechselndem Kontakt mit dem zu bewegenden Gegenstand sind. Da die Bewegung im Wesentlichen nicht-resonant ist, wird der mechanische Kontakt zwischen dem Interaktionsbereich am Ende der Aktuatoren und der Interaktionsfläche des zu bewegenden Gegenstandes im Wesentlichen während der gesamten Zeit, bei der der mechanische Kontakt besteht, aufrechterhalten. Mögliche Unsicherheiten ergeben sich jedoch während der Übertragung der Last des zu bewegenden Gegenstands zum anderen Satz von Aktuatoren. In 1A sind zwei Aktuatoren 2A und 2B dargestellt, die in zwei Dimensionen durch ein Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials in den Aktuatoren beweglich sind. Durch geeignete angelegte Spannungen kann bei den Aktuatoren 2A und 2B bewirkt werden, dass sie sich zur Ebene des Blatts Papier biegen und sich in vertikaler Richtung der Zeichnung ausdehnen oder zusammenziehen. Zu beachten ist, dass alle Bewegungen in der Figur extrem übertrieben sind, um die Grundkonzepte darzustellen. Die Spitzen der Aktuatoren sind abwechselnd mit einer Interaktionsfläche 52 eines zu bewegenden Gegenstands 50 in Kontakt, und wenn ein Aktuator, der mit dem Gegenstand 50 in Kontakt ist, seine Spitze bewegt, wird der Gegenstand 50 folgen, wenn eine Normalkraft N zwischen dem Aktuator und dem Gegenstand 50 groß genug ist, um ein Gleiten zu verhindern.In a usual engine according to the principles, for example, in U.S. Patent 6,337,532 are shown, two sets of drive actuators are used, which are in alternating contact with the object to be moved. Since the movement is substantially non-resonant, the mechanical contact between the interaction region at the end of the actuators and the interaction surface of the object to be moved is maintained substantially throughout the time that the mechanical contact is made. However, possible uncertainties arise during the transfer of the load of the object to be moved to the other set of actuators. In 1A are two actuators 2A and 2 B which are movable in two dimensions by exciting volumes of electromechanical active material in the actuators. By applying appropriate voltages can be at the actuators 2A and 2 B causing them to bend to the plane of the sheet of paper and to expand or contract in the vertical direction of the drawing. It should be noted that all movements in the figure are extremely exaggerated to represent the basic concepts. The tips of the actuators are alternating with an interaction surface 52 of an object to be moved 50 in contact, and if an actuator, with the object 50 is in contact, its tip moves, becomes the object 50 follow if a normal force N between the actuator and the object 50 big enough to prevent slipping.

Dies führt zu einer Bewegung in eine Hauptbewegungsrichtung 9. Die Situation in 1A ist die, dass der Aktuator 2A mit der Interaktionsfläche 52 des Gegenstands 50 in mechanischem Kontakt ist und den Biegezustand zur rechten Richtung in der Figur erreicht hat, bei dem ein Übertragen der Last zum anderen Aktuator ausgeführt werden soll. Der Aktuator 2B wird stattdessen nicht durch den Gegenstand 50 belastet, sondern befindet sich auch in einer Position, um die Last vom Aktuator 2A zu übernehmen. Da der Aktuator 2A die Normalkraft vom Gegenstand 50 trägt, weist der Aktuator 2A eine elastische Verformung auf. Die Verformung ist hauptsächlich nach unten gerichtet (wie in der Figur definiert), kann aber auch einige Komponenten in die Hauptbewegungsrichtung, abhängig von den Biegezuständen, aufweisen. Ebenso wirkt eine Kraft P, die zwischen dem Gegenstand 50 und dem Aktuator 1A aufgebracht wird, die zum Erreichen der Bewegung des Gegenstands 50 benötigt wird, auf die Spitze des Aktuators 1A in eine Richtung, die der Hauptbewegungsrichtung 9 entgegengesetzt ist. In der Figur sind die Pfeile, die die Richtung der Kräfte anzeigen, ungefähr gleich groß, jedoch real ist die Antriebskraft P üblicherweise kleiner und gewöhnlich viel kleiner als die Normalkraft N, wenn die Antriebsfläche eben ist. Um eine Bewegung zu erreichen, muss das Verhältnis P/N kleiner als der Reibungskoeffizient zwischen dem Aktuator und dem Gegenstand sein. Die Antriebskraft P bewirkt auch, dass sich der Aktuator 1A elastisch verformt. Die Form des Aktuators 2A, wie sie bei einem ähnlichen Erregungszustand, aber ohne Lasten, sein sollte, wird durch die gestrichelten Linien dargestellt. Eine Abweichung Δ1 ist in einer Position in die Hauptbewegungsrichtung 9 vorhanden. Die Größe dieser Abweichung hängt von den Lasten ab, das heißt, von der Normalkraft N und der aufgebrachten Bewegungskraft P, und von der geometrischen Form und dem Material des Aktuators 2A. In dieser Situation sind die elastischen Verformungen, die durch die Normalkraft N und die aufgebrachte Bewegungskraft P bewirkt werden, in derselben Richtung. Die Last vom Gegenstand auf den Aktuator weist üblicherweise eine Normalkraftkomponente und eine Komponente in die Hauptbewegungsrichtung in Verbindung mit der Antriebskraft auf.This leads to a movement in a main movement direction 9 , The situation in 1A is that the actuator 2A with the interaction area 52 of the object 50 is in mechanical contact and has reached the bending state to the right direction in the figure, in which a transfer of the load to the other actuator is to be performed. The actuator 2 B instead, does not get through the item 50 loaded, but is also in a position to the load from the actuator 2A to take over. Because the actuator 2A the normal force of the object 50 carries, points the actuator 2A an elastic deformation. The deformation is mainly directed downwards (as defined in the figure), but may also have some components in the main direction of movement, depending on the bending conditions. Likewise, a force P acts between the object 50 and the actuator 1A is applied, which helps to achieve the movement of the object 50 is needed on the top of the actuator 1A in a direction that is the main direction of movement 9 is opposite. In the figure, the arrows indicating the direction of the forces are approximately equal, but in reality the driving force P is usually smaller and usually much smaller than the normal force N when the driving surface is flat. In order to achieve a movement, the ratio P / N must be smaller than the friction coefficient between the actuator and the object. The driving force P also causes the actuator 1A elastically deformed. The shape of the actuator 2A , as it should be in a similar excitation state, but without loads, is represented by the dashed lines. A deviation Δ1 is in a position in the main movement direction 9 available. The magnitude of this deviation depends on the loads, that is, on the normal force N and the applied motive force P, and on the geometrical shape and the material of the actuator 2A , In this situation, the elastic deformations caused by the normal force N and the applied motive force P are in the same direction. The load from the object to the actuator usually has a normal force component and a component in the main direction of movement in conjunction with the driving force.

1B stellt die Situation dar, wenn die Last stattdessen zum Aktuator 2B übertragen wird. Es ist nun der Aktuator 2B, der eine Abweichung Δ2 im Vergleich zur unbelasteten Position aufweist. In dieser Situation wirkt die Verformung, die durch die Normalkraft N bewirkt wird, in eine entgegengesetzte Richtung im Vergleich zu der Verformung, die durch die Kraft P bewirkt wird. Daher ist tatsächlich nicht einmal bekannt, in welche Richtung die Gesamtabweichung Δ2 gerichtet ist. Die genauen Ursachen, die zwischen den Situationen der 1A und 1B auftreten, sind nicht vollständig bekannt, zumindest nicht beim Stand der Technik. Die Normallast muss ebenso wie die Kraft auf den Gegenstand 50 in die Hauptbewegungsrichtung übertragen werden, aber ob dies erfolgreich, abrupter ausgeführt oder ob es irgendein Gleiten zwischen den Aktuatorspitzen und der Interaktionsfläche 52 gibt, ist allgemein unbekannt. Das heißt auch, dass die exakte Position des Gegenstands 50 in die Hauptbewegungsrichtung 9 bei einer Genauigkeit, die besser ist, als die Summe der Abweichungen Δ1 und Δ2, nicht bekannt ist. Die Zustände, die das exakte Verhalten während der Übertragung beeinflussen, können sich mit der Zeit ändern, das heißt, infolge von Verschleiß, Temperaturänderung oder dass sich die Oberflächenzustände über der Interaktionsfläche 52 ändern. Wenn außerdem die Aktuatoren 2A und 2B während der Übertragung auf jeder Bahn mit einer relativen Komponente, die parallel zur Hauptbewegungsrichtung ist, angetrieben werden, wird eine Größenordnung dieser Bewegungskomponente zur Unsicherheit der Positionierung hinzugefügt. 1B represents the situation when the load instead becomes the actuator 2 B is transmitted. It is now the actuator 2 B which has a deviation Δ2 compared to the unloaded position. In this situation, the deformation caused by the normal force N acts in an opposite direction as compared with the deformation caused by the force P. Therefore, in fact, it is not even known in which direction the total deviation Δ2 is directed. The exact causes that exist between the situations 1A and 1B are not fully known, at least not in the prior art. The normal load must be as well as the force on the object 50 in the main motion direction, but whether this is successful, more abrupt, or whether there is any sliding between the actuator tips and the interaction surface 52 is generally unknown. This also means that the exact position of the object 50 in the main direction of movement 9 at an accuracy better than the sum of the deviations Δ1 and Δ2, is not known. The states that affect the exact behavior during transmission may change over time, that is, due to wear, temperature change, or surface states over the interaction surface 52 to change. In addition, if the actuators 2A and 2 B while being transmitted on each track with a relative component parallel to the main motion direction, an order of magnitude of this motion component is added for positioning uncertainty.

2A stellt einen Motor gemäß den Grundsätzen dar, die in einer der Ausführungsformen des US-Patents 7,067,958 dargestellt sind. Ein Halteaktuator 2C und ein Antriebsaktuator 2A sind dargestellt. Der Antriebsaktuator trägt die Last N der Normalkraft und weist eine Kraft P bezüglich des Gegenstands 50 auf, aber ist zur Übertragung dieser Kräfte auf den Halteaktuator 2C bereit. Wie in 1A dargestellt, bewirken die Last N und die Kraft P eine bestimmte elastische Verformung des Antriebsaktuators 2A. Neben der Abweichung Δ1 in Antriebsrichtung gibt es auch eine Abweichung Δ3 bei der Höhe. Um das Auftreten der Übertragung zu bewirken, bewegt sich der Antriebsaktuator 2A üblicherweise in eine schräge Richtung, wie durch Pfeil 4 dargestellt. 2A represents an engine according to the principles described in one of the embodiments of U.S. Patents 7,067,958 are shown. A holding actuator 2C and a drive actuator 2A are shown. The drive actuator carries the load N of the normal force and has a force P with respect to the object 50 on, but is to transfer these forces to the holding actuator 2C ready. As in 1A shown, the load N and the force P cause a certain elastic deformation of the drive actuator 2A , In addition to the deviation Δ1 in the drive direction, there is also a deviation Δ3 in the height. To cause the transmission to occur, the drive actuator moves 2A usually in an oblique direction, as indicated by arrow 4 shown.

Das Ergebnis ist in 2B dargestellt, wo der Halteaktuator die Normalkraft N und die Last P vom Gegenstand 50 trägt. Der Halteaktuator weist eine elastische Verformungskomponente Δ4 auf, die in die in Ausdehnungsrichtung des Halteaktuators 2C gerichtet ist. Außerdem ist der Antriebskraft P gegenüber dem Gegenstand 50 ebenfalls eine Verformungskomponente Δ6 in die Hauptbewegungsrichtung 9 vorgeben. Auch in diesem Fall sind die genauen Zustände für die Lastübertragung unbekannt. Zum Beispiel ist unbekannt, bei welcher Höhe der Halteaktuator 2C den nicht gleitenden mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche 52 übernimmt. Weil die relative Bewegung zwischen den Spitzen der Antriebs- und Halteaktuatoren schräg ist, ist eine Höhenunsicherheit, bis zur Summe von Δ3 und Δ4, automatisch auch eine Unsicherheit Δ5 in die Hauptbewegungsrichtung, wie in 2B dargestellt, die sich zur Unsicherheit Δ6 addiert.The result is in 2 B shown where the holding actuator the normal force N and the load P from the object 50 wearing. The holding actuator has an elastic deformation component .DELTA.4, which in the extension direction of the holding actuator 2C is directed. In addition, the driving force P is opposite to the object 50 also a deformation component Δ6 in the main movement direction 9 pretend. Also in this case the exact conditions for the load transfer are unknown. For example, it is unknown at what level the holding actuator 2C the non-sliding mechanical contact with the interaction surface 52 takes over. Because the relative movement between the tips of the drive and hold actuators is skewed, a height uncertainty, up to the sum of Δ3 and Δ4, is automatically also an uncertainty Δ5 in the main motion direction, as in FIG 2 B represented, which adds to the uncertainty Δ6.

Die generelle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die die oben beschriebenen Situationen so weit wie möglich vermeidet. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Unsicherheiten nicht einmal vollständig beseitigt, aber ihre Größe und der Einfluss auf die Leistungsfähigkeit werden signifikant reduziert und vorhersagbarer.The general object of the present invention is to provide methods and apparatus that avoids the situations described above as much as possible. According to the present invention, the uncertainties are not even completely eliminated, but their size and performance impact are significantly reduced and more predictable.

Um die oben beschriebenen Unsicherheitsprobleme abzuschwächen, muss man verstehen, dass der Übertragungsvorgang der Last keine momentane Ursache ist. Stattdessen benötigt die Übertragung einige Zeit, während der sich die Last, wahrscheinlich allmählich, von einem Aktuator zum andern verschiebt. Diese Übertragung steht auch in Verbindung mit der Verformung der beteiligten Aktuatoren. Der die Lasten aufnehmende Aktuator wird durch die Lasten verformt, während der Aktuator, der von den Lasten freigegeben ist, wieder zu einer unbelasteten Form rückverformt wird. Diese Abläufe nehmen eine nicht vernachlässigbare Zeitperiode ein.To mitigate the uncertainty problems described above, one must understand that the transfer process of the load is not an instantaneous cause. Instead, the transmission takes some time during which the load shifts, probably gradually, from one actuator to another. This transfer is also related to the deformation of the actuators involved. The load-bearing actuator is deformed by the loads, while the actuator, released from the loads, is re-deformed to an unloaded shape. These processes take a non-negligible period of time.

Ein weiteres Verständnis ist auch von Nutzen, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung angemessen zu erkennen. Die relativen Höhen der Aktuatoren sind während der Herstellung schwierig zu steuern. Um eine relativ große Höhengenauigkeit zu erreichen, erfordert es komplexe und teuere Herstellungsschritte, wie zum Beispiel Feinstmahlung, Läppen, usw. Einer Höhendifferenz zwischen zwei Aktuatoren, die die Lasten eines Gegenstands übertragen werden, die sich zwischen ihnen bewegen, wird eine erhöhte Unsicherheit bezüglich der Zeiten vorgegeben, wenn die Übertragung tatsächlich erfolgt. Wenn die Aktuatoren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Hauptbewegungsrichtung angetrieben werden, wird eine Höhenunsicherheit direkt in eine Positionsunsicherheit übertragen. A further understanding is also useful to properly appreciate the advantages of the present invention. The relative heights of the actuators are difficult to control during manufacture. To achieve a relatively high level of accuracy, it requires complex and expensive manufacturing steps, such as fine grinding, lapping, etc. A height difference between two actuators, which are transferred to the loads of an object that move between them, is an increased uncertainty regarding the Times are given when the transmission actually takes place. If the actuators are driven at different speeds in the main motion direction, a height uncertainty is transmitted directly to a position uncertainty.

Ein Weg, um die Positionierungenauigkeiten zu reduzieren, ist der, sicherzustellen, dass die Bewegung in die Hauptbewegungsrichtung von einem der Aktuatoren bezüglich der Bewegung in die Hauptbewegungsrichtung des anderen Aktuators während der gesamten Lastübertragung so klein wie möglich ist. Die Bewegung der Aktuatoren kann in zwei Teile aufgeteilt werden. Ein erster Teil weist eine aktive Bewegung auf, die durch Erregung des elektromechanischen Materials bewirkt wird. Ein zweiter Teil weist eine durch eine Last veranlasste Bewegung auf, die durch Kräfte bewirkt wird, die auf die Aktuatoren durch die Interaktion mit dem Gegenstand aufgebracht werden. Ein Beispiel, um die Positionierungenauigkeiten zu reduzieren, ist ein Steuern der Erregerspannungen, so dass eine aktive relative Bewegung zwischen den beteiligten Aktuatoren während der Übertragungsperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung ausgerichtet ist. Falls ein System einen oder mehrere Antriebsaktuatoren und einen oder mehrere Halteaktuatoren aufweist, tritt diese Übertragungsperiode bei jedem Zyklus zweimal auf; beim Belasten des Antriebsaktuators und beim Freigeben des Antriebsaktuators. In beiden Fällen sind jedoch die allgemeinen Grundsätze dieselben. Wenn die aktive relative Bewegung gemäß diesen Ideeen während nur einem der zwei Übertragungsanlässe gesteuert wird, gibt es noch weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, jedoch sind diese kleiner, als wenn beide Übertragungen betrachtet werden.One way to reduce the positioning inaccuracies is to ensure that the movement in the main direction of movement of one of the actuators with respect to the movement in the main movement direction of the other actuator is as small as possible during the entire load transfer. The movement of the actuators can be divided into two parts. A first part has an active movement, which is caused by excitation of the electromechanical material. A second part has a load induced movement caused by forces applied to the actuators through the interaction with the article. One example to reduce positioning inaccuracies is to control the excitation voltages so that active relative movement between the participating actuators is aligned perpendicular to the main direction of movement during the transmission period. If a system has one or more drive actuators and one or more hold actuators, this transfer period occurs twice each cycle; when loading the drive actuator and when releasing the drive actuator. In both cases, however, the general principles are the same. If the active relative motion is controlled according to these ideas during only one of the two transmission events, there are still other advantages over the prior art, but these are smaller than when both transmissions are considered.

3A stellt schematisch eine Ausführungsform eines elektromechanischen Aktuators 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Ein Aktuatorkörper 20 weist einen Antriebsaktuator 30 und in dieser Ausführungsform zwei Halteaktuatoren 40 auf. Der Antriebsaktuator 30 weist einen Antriebs-Interaktionsbereich 32 auf, der zur Interaktion mit einer Interaktionsfläche 52 eines zu bewegenden Gegenstands 50 in einer Hauptbewegungsrichtung 9 vorgesehen ist. Ebenso weisen die Halteaktuatoren 40 jeweilige Halte-Interaktionsbereiche 42 auf. 3A schematically illustrates an embodiment of an electromechanical actuator 10 according to the present invention. An actuator body 20 has a drive actuator 30 and in this embodiment, two holding actuators 40 on. The drive actuator 30 has a drive interaction area 32 on, which interacts with an interaction surface 52 of an object to be moved 50 in a main movement direction 9 is provided. Similarly, the holding actuators 40 respective holding interaction areas 42 on.

Der Antriebsaktuator 30 umfasst Volumen 34, 35 von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden 36, 37 zum Erregen des elektromechanischen aktiven Materials, um geometrische Änderungen des Antriebsaktuators 30 zu bewirken. In dieser besonderen Ausführungsform wird beim Antriebsaktuator 30 bewirkt, sich durch separates Erregen von zwei Volumen 34, 35 des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb einer bimorphen Struktur 38 des Antriebsaktuators 30 zu bewegen. Bei den Volumen 34, 35 ist es möglich, sie unabhängig voneinander zu aktivieren, weil sie jeweils Elektroden 36, 37 aufweisen, die nicht direkt miteinander verbunden sind. Jedoch werden sich die Volumen 34, 35 infolge der Tatsache sowieso stark gegeneinander beeinflussen, da sie entlang einer gesamten Seite mechanisch fest miteinander angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsformen wird der gesamte Antriebsaktuator 30 aus einem einzigen Materialstück hergestellt und die bimorphe Struktur 38 wird dann durch die Verteilung der jeweiligen Elektroden 36, 37 gebildet. Wenn zum Beispiel ein Volumen 35 erregt wird, um sich in eine Längsrichtung auszudehnen, aber nicht das andere Volumen 34, bewirkt die bimorphe Struktur 38 beim gesamten Antriebsaktuator 30, seine Spitze in die Hauptbewegungsrichtung 9 zu biegen. Durch Steuern der an den Elektroden 36, 37 angelegten Spannungen kann der Antriebs-Interaktionsbereich 32 auf zweidimensionalen Bahnen mit Komponenten sowohl in die Hauptbewegungsrichtung 9 als auch die Längsrichtung 7 bewegt werden.The drive actuator 30 includes volume 34 . 35 electromechanical active material and electrodes 36 . 37 for exciting the electromechanical active material to geometrical changes of the drive actuator 30 to effect. In this particular embodiment, the drive actuator 30 causes itself by separately exciting two volumes 34 . 35 of the electromechanical active material within a bimorph structure 38 of the drive actuator 30 to move. At the volume 34 . 35 it is possible to activate them independently, because they each have electrodes 36 . 37 have not directly connected to each other. However, the volumes will be 34 . 35 anyway strongly influence each other due to the fact anyway, since they are mechanically fixed together along an entire page. In certain embodiments, the entire drive actuator becomes 30 made of a single piece of material and the bimorph structure 38 is then determined by the distribution of the respective electrodes 36 . 37 educated. If, for example, a volume 35 is excited to expand in a longitudinal direction, but not the other volume 34 , causes the bimorph structure 38 at the entire drive actuator 30 , its tip in the main movement direction 9 to bend. By controlling the at the electrodes 36 . 37 applied voltages can be the drive interaction area 32 on two-dimensional tracks with components both in the main direction of movement 9 as well as the longitudinal direction 7 to be moved.

Der Halteaktuator 40 umfasst auch ein Volumen 44 von elektromechanischem aktivem Material und Elektroden 46 zum Erregen des elektromechanischen aktiven Materials, um geometrische Änderungen des Halteaktuators 40 zu bewegen. Jedoch gibt es in diesem Fall nur einen Satz von Elektroden und das gesamte Volumen wird im Wesentlichen homogen erregt. Durch Anlegen von Spannungen zwischen den Elektroden 46 kann bewirkt werden, dass sich das Volumen 44 in die Längsrichtung 7 ausdehnt. In dieser Ausführungsform werden die zwei Halteaktuatoren durch denselben Satz von elektrischen Signalen angetrieben und weil sie geometrisch äquivalent sind, weisen sie im Wesentlichen dasselbe Bewegungsverhalten auf.The holding actuator 40 also includes a volume 44 electromechanical active material and electrodes 46 for exciting the electromechanical active material to geometric changes of the holding actuator 40 to move. However, in this case, there is only one set of electrodes and the entire volume is excited substantially homogeneously. By applying voltages between the electrodes 46 can be made to change the volume 44 in the longitudinal direction 7 expands. In this embodiment, the two holding actuators are driven by the same set of electrical signals, and because they are geometrically equivalent, they have substantially the same movement behavior.

In dieser Ausführungsform ist das elektromechanische aktive Material ein piezoelektrisches Material, das durch Anlegen einer Spannung über das Material erregt wird. Die Elektroden sind daher angeordnet, um mit unterschiedlichen Spannungssignalen verbunden zu werden, um geeignete elektrische Felder über das piezoelektrische Material zu erzeugen. Es können auch andere elektromechanische aktive Materialien verwendet werden, zum Beispiel elektrostriktive oder antiferroelektrische Materialien, und die elektrischen Signale, die bei den Elektroden vorgesehen sind, müssen dann entsprechend angepasst werden, um die erforderlichen mechanischen Formänderungen vorzugeben.In this embodiment, the electromechanical active material is a piezoelectric material that is excited by applying a voltage across the material. The electrodes are therefore arranged to be connected to different voltage signals to generate suitable electric fields across the piezoelectric material. Other electromechanical active materials may also be used, for example electrostrictive or antiferroelectric materials, and the electrical signals applied to the electrodes are provided, must then be adjusted accordingly to specify the required mechanical changes in shape.

Die elektromechanische Aktuatorvorrichtung 10 von 3A weist eine Antriebselektronik 60 auf, die durch Verbindungen 62 bis 64 jeweils mit den Elektroden 36, 37, 46 des Antriebsaktuators 30 und der Halteaktuatoren 40 verbunden sind. Die Antriebselektronik 60 ist zum Vorsehen elektrischer Signale zum jeweiligen Erregen der Volumen 34, 35, 44 des elektromechanischen aktiven Materials des Antriebsaktuators 30 und der Halteaktuatoren 40 angeordnet. Neben diesen Verbindungen sind einige Elektroden im Antriebsaktuator 30 und in den Halteaktuatoren 40 jeweils mit dem Erdpotential verbunden. In dieser Ausführungsform sind drei separate Spannungen vorgesehen, zwei zum Steuern der Bewegung des Antriebsaktuators 30 und eine zum Steuern der Bewegung der Halteaktuatoren 40. In einer besonderen Ausführungsform sind die Halteaktuatoren 40 breiter in Richtung der Hauptbewegungsrichtung als die Antriebsaktuatoren 30. Die Halteaktuatoren 40 sind dann steifer und weisen kleinere Verformungen für vorgegebene Lasten auf.The electromechanical actuator device 10 from 3A has a drive electronics 60 on that by connections 62 to 64 each with the electrodes 36 . 37 . 46 of the drive actuator 30 and the holding actuators 40 are connected. The drive electronics 60 is to provide electrical signals for respectively energizing the volume 34 . 35 . 44 the electromechanical active material of the drive actuator 30 and the holding actuators 40 arranged. Besides these connections, there are some electrodes in the drive actuator 30 and in the hold actuators 40 each connected to the ground potential. In this embodiment, three separate voltages are provided, two for controlling the movement of the drive actuator 30 and one for controlling the movement of the holding actuators 40 , In a particular embodiment, the holding actuators 40 wider in the direction of the main movement direction than the drive actuators 30 , The holding actuators 40 are then stiffer and have smaller deformations for given loads.

Die Ausführungsform von 3A wird als Modellsystem zum Erläutern der Antriebsgrundsätze der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch können ebenso viele verschiedene alternative elektromechanische Systeme verwendet werden, solange geeignete Antriebsaktuatoren und Halteaktuatoren vorhanden sind. Einige nicht beschränkende Ausführungsformen sind in den 3B bis D vorgegeben.The embodiment of 3A is used as a model system for explaining the driving principles of the present invention. However, as many alternative electromechanical systems may be used as long as suitable drive actuators and holding actuators are present. Some non-limiting embodiments are in the 3B given to D.

Die Ausführungsform einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung 10 in 3B weist zwei Antriebsaktuatoren 30 und einen Halteaktuator 40 auf. Dies ermöglicht eine höhere maximale Antriebskraft auf den Gegenstand. Außerdem wird die Stabilität gegenüber den Schrägstellungen des Gegenstands während der tatsächlichen Antriebsphase durch Vorsehen von zwei Abstützpositionen gegenüber dem Gegenstand erhöht. In der Ausführungsform von 3C sind zwei Antriebsaktuatoren 30 und zwei Halteaktuatoren 40 vorgesehen. Dies erhöht zusätzlich die Stabilität und reduziert die Wirkung der Verformung, die durch die Antriebskraft vom Gegenstand 50 bewirkt wird. Die Ausführungsform von 3D umfasst nur einen Antriebsaktuator 30 und einen Halteaktuator 40 in der elektromechanischen Aktuatorvorrichtung 10. Die Ausführungsform hat den Vorteil, ein kleines Volumen des elektromechanischen Materials aufzuweisen, was Kosten und Platz erspart.The embodiment of an electromechanical actuator device 10 in 3B has two drive actuators 30 and a holding actuator 40 on. This allows a higher maximum driving force on the object. In addition, the stability against the inclinations of the article during the actual drive phase is increased by providing two support positions relative to the article. In the embodiment of 3C are two drive actuators 30 and two holding actuators 40 intended. This additionally increases the stability and reduces the effect of deformation caused by the driving force of the object 50 is effected. The embodiment of 3D includes only one drive actuator 30 and a holding actuator 40 in the electromechanical actuator device 10 , The embodiment has the advantage of having a small volume of electromechanical material, which saves costs and space.

Jeder Durchschnittsfachmann erkennt, nachdem er diese Beispiele betrachtet hat, dass jede Anzahl und Konfiguration von Antriebsaktuatoren und Halteaktuatoren verwendet werden kann. Die Vorteile und Nachteile hängen von den Anwendungen der dafür vorgesehenen Vorrichtungen ab.Anyone of ordinary skill in the art, having studied these examples, will recognize that any number and configuration of drive actuators and hold actuators may be used. The advantages and disadvantages depend on the applications of the devices provided for this purpose.

4A bis C stellen eine Ausführungsform von Spannungssignalen dar, die jeweils zum Antriebsaktuator und Halteaktuator vorgesehen sind. Das Spannungssignal von 4A ist an einer Seite einer bimorphen Struktur eines Antriebsaktuators und das Spannungssignal von 4B an der anderen Seite der bimorphen Struktur des Antriebsaktuators vorgesehen. Das Spannungssignal von 4C ist an einem Halteaktuator vorgesehen. In 4D stellt ein Diagramm die entsprechenden Bewegungen des Antriebs-Interaktionsbereichs und des Halte-Interaktionsbereichs dar. Zum Zeitpunkt t0 ist eine Hälfte der bimorphen Struktur nicht erregt, wie in 4A ersichtlich, während die andere Hälfte vollständig erregt ist, wie in 4B dargestellt. Das heißt, dass der Antriebs-Interaktionsbereich 32 zu einer dieser extremen Biegepositionen bewegt wird, im Diagramm von 4B A genannt. Der Halteaktuator ist weiter nicht erregt, wie aus 4C ersichtlich, das heißt, dass der Halte-Interaktionsbereich in einer zusammengezogenen Position vorgesehen ist, im Diagramm von 4D E genannt. Durch Erhöhen der Erregung des zweiten Teils der bimorphen Struktur, die im Zeitintervall von t0 bis t1 stattfindet, wird die bimorphe Struktur geradegebogen und erreicht ihren am weitesten ausgedehnten Zustand an der Position B im Diagramm von 4D. Durch allmähliches Reduzieren der Erregung der ersten Seite des Bimorphs vom Zeitpunkt t1 bis t2, biegt sich der Bimorph von dieser Position in die andere Richtung und zieht sich etwas zusammen, bis Position C erreicht ist. Da sich der Halteaktuator in einem zusammengezogenen Zustand befindet, wird der anzutreibende Gegenstand gegenüber dem Antriebs-Interaktionsbereich des Antriebsaktuators gehalten, und wenn eine geeignete Reibung vorhanden ist, folgt der anzutreibende Gegenstand der Bewegung des Antriebs-Interaktionsbereichs. Mit anderen Worten ist die Antriebselektronik eingerichtet, um elektrische Signale vorzusehen, die angepasst sind, um den Gegenstand dadurch anzutreiben, dass beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereichs 100 zu bewegen, während er in mechanischem Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands ist. Der Antriebsbahnbereich 100, in diesem Fall die Bahn von A bis C, weist zumindest eine Komponente entlang der Hauptbewegungsrichtung 9 auf. Der Antriebsbahnbereich 100 ist die theoretische Antriebsbahn für eine Situation, bei der der Gegenstand nicht jede Last auf dem Antriebsaktuator vorsieht. Während des Antriebs entlang des Antriebsbahnbereichs 100, wird der Antriebsaktuator in der Praxis immer mit einer Normalkraft F beaufschlagt, mit der der Gegenstand gegen die elektromechanische Aktuatorvorrichtung gedrückt wird. Diese Normalkraft N bewirkt typischerweise, dass sich der Antriebsaktuator etwas verformt, und somit auch die Antriebskraft P, so dass der tatsächliche Antriebsbahnbereich wahrscheinlich entlang der gestrichelten Linie 101 sein würde. 4A to C represent an embodiment of voltage signals provided respectively to the drive actuator and the holding actuator. The voltage signal from 4A is on one side of a bimorph structure of a drive actuator and the voltage signal of 4B provided on the other side of the bimorph structure of the drive actuator. The voltage signal from 4C is provided on a holding actuator. In 4D a diagram represents the corresponding motions of the drive interaction area and the holding interaction area. At time t0, one-half of the bimorph structure is not energized, as in FIG 4A while the other half is fully excited, as in 4B shown. That is, the drive interaction area 32 is moved to one of these extreme bending positions, in the diagram of 4B Called A. The holding actuator is still not energized as out 4C it can be seen, that is, that the holding interaction area is provided in a contracted position, in the diagram of 4D Called E By increasing the excitation of the second part of the bimorph structure, which occurs in the time interval from t0 to t1, the bimorph structure is straightened and reaches its most expanded state at position B in the graph of FIG 4D , By gradually reducing the excitation of the first side of the bimorph from time t1 to t2, the bimorph bends from that position in the other direction and contracts slightly until position C is reached. Since the hold actuator is in a contracted state, the object to be driven is held opposite the drive interaction area of the drive actuator, and if there is suitable friction, the object to be driven follows the movement of the drive interaction area. In other words, the drive electronics is configured to provide electrical signals that are adapted to drive the article by causing the drive actuator to drive the interaction area along a drive track area 100 while in mechanical contact with the object's interaction surface. The drive track area 100 , in this case the web from A to C, has at least one component along the main direction of movement 9 on. The drive track area 100 is the theoretical drive path for a situation where the object does not provide any load on the drive actuator. During the drive along the drive track area 100 , In practice, the drive actuator is always subjected to a normal force F, with which the object is pressed against the electromechanical actuator device. This normal force N typically causes that the drive actuator is slightly deformed, and thus also the driving force P, so that the actual drive track area is probably along the dashed line 101 would be.

Während der Zeitintervalle t2 bis t3 werden die Spannungen beim Antriebsaktuator konstant gehalten. Stattdessen wird die Spannung am Halteaktuator erhöht, was beim Halteaktuator bewirkt, sich auszudehnen und den Halte-Interaktionsbereich von Position E zur Position F entlang einer Eingriffsbahn 103 zu bewegen, wenn der Halteaktuator in allen Positionen unbelastet sein würde. Jedoch bewirkt diese Ausdehnung des Halteaktuators, dass der Halte-Interaktionsbereich mit dem Gegenstand in mechanischen Kontakt kommt und den Gegenstand vom stationären Antriebsaktuator ”abhebt”. Während dieser Übertragung wird auch die Last des Gegenstands zum Halteaktuator verschoben, dies bedeutet, dass in der Praxis die Position F nicht vollständig erreicht wird, aber eine etwas zusammengedrückte und möglicherweise auch seitwärts verschobene Position F' erreicht wird. Gleichzeitig bewirkt die Lastfreigabe vom Antriebsaktuator, dass die Antriebsaktuatoren ihre unbelastete Form zurückgewinnen, das heißt, sich von der gestrichelten Linie 101 zum Punkt C bewegen. Mit anderen Worten, die Antriebselektronik ist eingerichtet, um elektrische Signale vorzusehen, die angepasst sind, um eine Last des Gegenstands vom Antriebsaktuator zum Halteaktuator nach dem Antreiben zu übertragen, wodurch eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, beseitigt und der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Außerdem bewirkt die Übertragung, dass der Halteaktuator den Halte-Interaktionsbereich entlang der Eingriffsbahn 103 zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche bewegt.During the time intervals t2 to t3, the voltages at the drive actuator are kept constant. Instead, the voltage on the holding actuator is increased, which causes the holding actuator to expand and the holding interaction range from position E to position F along an engagement path 103 to move when the holding actuator would be unloaded in all positions. However, this expansion of the holding actuator causes the holding interaction region to mechanically contact the article and "lift off" the article from the stationary drive actuator. During this transfer, the load of the item is also shifted to the holding actuator, which means that in practice the position F is not fully reached, but a somewhat compressed and possibly also laterally shifted position F 'is achieved. At the same time, the load release from the drive actuator causes the drive actuators to recover their unloaded shape, that is, from the dashed line 101 move to point C. In other words, the drive electronics is configured to provide electrical signals adapted to transfer a load of the object from the drive actuator to the hold actuator after driving, thereby eliminating deformation of the drive actuator caused by the load of the object the drive interaction area is released from the interaction area. In addition, the transmission causes the holding actuator to hold the holding interaction area along the engagement path 103 moved to a mechanical contact with the interaction surface.

Um etwaige Unsicherheiten während der Übertragung der Last zu minimieren, ist die aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich bedeutend. Weil die Übertragung während einer bestimmten Zeitperiode stattfindet, während der die Last wahrscheinlich erfolgreich vom Antriebsaktuator zum Halteaktuator übertragen wird, wird die relative Bewegung in Richtung der Hauptbewegung vorzugsweise minimiert, das heißt, die aktive relative Bewegung sollte mit überhaupt keiner Komponente in die Hauptbewegungsrichtung während einer Periode, die zweifellos die gesamten Übertragungsabläufe umfasst, ausgerichtet werden. Mit anderen Worten, die elektrischen Signale werden gemäß der vorliegenden Erfindung auch angepasst, um eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich zu bewirken, um senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung während einer Freigabeperiode zu sein. Diese Freigabeperiode weist die gesamte Beseitigung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und die gesamte Freigabe des Antriebs-Interaktionsbereichs von der Interaktionsfläche auf.To minimize any uncertainties during load transfer, the active relative movement between the hold interaction area and the drive interaction area is significant. Because the transmission takes place during a certain period of time during which the load is likely to be transmitted successfully from the drive actuator to the hold actuator, the relative movement in the direction of the main movement is preferably minimized, that is, the active relative movement should not be in the main direction of movement with any component at all Period, which undoubtedly covers the entire transmission process. In other words, in accordance with the present invention, the electrical signals are also adjusted to cause active relative movement between the hold interaction region and the drive interaction region to be perpendicular to the main motion direction during a release period. This release period includes the total elimination of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total release of the drive interaction region from the interaction surface.

Während des Zeitintervalls t3 bis t4 wird die Spannung an einer der Antriebsaktuatorhälften reduziert, während die andere konstant bei Null gehalten wird. Die Spannung zum Halteaktuator wird ebenfalls auf hohem Niveau konstant gehalten, wodurch der Gegenstand weiter auf dem Halteaktuator abgestützt ist. Der Antriebsaktuator biegt sich in einem aufrechten Zustand zurück und man unterstellt im Punkt D die kürzestmögliche Länge. Von t4 bis t5 wird die Spannung der anderen Aktuatorhälfte erhöht, dies bewirkt, dass sich der Antriebsaktuator ausdehnt und zu einer Position A biegt. Während dieses Rückzugs des Antriebsaktuators entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs 102 wirkt der Antriebs-Interaktionsbereich nicht mit dem Gegenstand zusammen und bewegt sich frei ohne Last. Mit anderen Worten, die Antriebselektronik ist eingerichtet, um elektrische Signale vorzusehen, die angepasst sind, um den Antriebsaktuator nach dem Übertragen dadurch zurückzuziehen, indem bewirkt wird, dass der Antriebsaktuator den Antriebs-Interaktionsbereich entlang des Rückzugs-Bahnbereichs 102 bewegt. Der Antriebs-Interaktionsbereich des Antriebsaktuators ist ohne mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands während des Rückzugs-Bahnbereichs 102. Der Rückzugs-Bahnbereich 102 weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung 9 des Gegenstands auf.During the time interval t3 to t4, the voltage on one of the drive actuator halves is reduced while the other is kept constant at zero. The voltage to the holding actuator is also kept constant at a high level, whereby the object is further supported on the holding actuator. The drive actuator bends back in an upright state and it implies the shortest possible length at point D. From t4 to t5, the voltage of the other actuator half is increased, causing the drive actuator to expand and flex to a position A. During this retraction of the drive actuator along a retraction path area 102 the drive interaction area does not interact with the object and moves freely without load. In other words, the drive electronics is configured to provide electrical signals adapted to retract the drive actuator after transfer by causing the drive actuator to drive the drive interaction area along the retreat path area 102 emotional. The drive interaction region of the drive actuator is without mechanical contact with the interaction surface of the article during the retraction path region 102 , The retreat railway area 102 has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement 9 of the object.

Während des Zeitintervalls t5 bis t6 werden die Spannungen am Antriebsaktuator konstant gehalten. Stattdessen wird die Spannung am Halteaktuator verringert, die bewirkt, dass sich der Halteaktuator zusammenzieht und den Halte-Interaktionsbereich von der Position F (oder respektive F') zur Position E entlang einer Freigabebahn 104 bewegt. Während dieses Zusammenziehens des Halteaktuators kommt der Antriebs-Interaktionsbereich des stationären Antriebsaktuators mit dem Gegenstand in mechanischen Kontakt und ”hebt” den Gegenstand vom Halteaktuator ”ab”. Während dieser Übertragung wird die Last des Gegenstands auch zum Antriebsaktuator verschoben, dies bedeutet, dass sich der Antriebs-Interaktionsbereich in der Praxis von der Position A etwas abwärts zur gestrichelten Linie 101 bewegen wird. Gleichzeitig bewirkt die Lastfreigabe vom Halteaktuator, dass der Halteaktuator seine unbelastete Form zurückgewinnt. Mit anderen Worten, die Antriebselektronik ist eingerichtet, um elektrische Signale vorzusehen, die angepasst sind, um die Last des Gegenstands vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Zurückziehen rückzuübertragen. Dies erzeugt eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und erzeugt einen mechanischen Kontakt zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche. Die Rückübertragung bewirkt auch, dass der Halteaktuator den Halte-Interaktionsbereich entlang der Freigabebahn 104 bewegt, wobei der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitigt wird.During the time interval t5 to t6, the voltages at the drive actuator are kept constant. Instead, the voltage on the holding actuator is reduced causing the holding actuator to contract and the holding interaction region from position F (or F ') to position E along a release path 104 emotional. During this contraction of the hold actuator, the drive interaction area of the stationary drive actuator mechanically contacts the object and "lifts" the object off of the hold actuator. During this transfer, the load of the item is also shifted to the drive actuator, which means that in practice the drive interaction range is somewhat down from the position A to the dashed line 101 will move. At the same time, the load release from the hold actuator causes the hold actuator to recover its unloaded form. In other words, the drive electronics is configured to provide electrical signals that are adapted to retransfer the load of the object from the holding actuator to the drive actuator after retraction. This creates a deformation of the drive actuator caused by the load of the article and creates a mechanical contact between the drive interaction area and the interaction area. The retransmission also causes the hold actuator to hold the hold interaction area along the release track 104 moves, whereby the mechanical contact with the interaction surface is eliminated.

Analog mit der Freigabe des Antriebsaktuators vom Kontakt mit der Last, ist die aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich auch während der Eingriffsphase bedeutend. Da die Übertragung während einer bestimmten Zeitperiode stattfindet, während der die Last wahrscheinlich erfolgreich vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator übertragen wird, wird die relative Bewegung in die Richtung der Hauptbewegung vorzugsweise minimiert, das heißt, die aktive relative Bewegung sollte mit überhaupt keiner Komponente in die Hauptbewegungsrichtung während einer Periode ausgerichtet werden, die zweifellos die gesamten Übertragungsabläufe umfasst. Mit anderen Worten, die elektrischen Signale sind auch gemäß der vorliegenden Ausführungsform angepasst, um eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich zu bewirken, um während einer Eingriffsperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung zu sein. Die Eingriffsperiode weist die gesamte Erzeugung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und die gesamte Erzeugung des mechanischen Kontakts zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche auf.Analogous to the release of the drive actuator from contact with the load, the active relative movement between the hold interaction area and the drive interaction area is also significant during the engagement phase. Since the transmission takes place during a certain period of time during which the load is likely to be transmitted successfully from the holding actuator to the drive actuator, the relative movement in the direction of the main movement is preferably minimized, that is, the active relative movement should be in the main direction of movement with no component at all a period that undoubtedly encompasses the entire transmission process. In other words, according to the present embodiment, the electrical signals are also adapted to cause active relative movement between the hold interaction region and the drive interaction region to be perpendicular to the main motion direction during an engagement period. The engagement period includes the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total generation of the mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface.

Die ursprünglichen Positionen der Antriebs- und Halteaktuatoren werden nun wieder erreicht. Der Gegenstand wird jedoch um eine Strecke in die Hauptbewegungsrichtung bewegt, die idealerweise der Strecke zwischen den Punkten A bis C entspricht. Weil in dieser Ausführungsform die Antriebsaktuatoren in ihren äußersten Positionen während sowohl der Eingriffs- als auch Freigabeaktionen angeordnet sind, kann der maximale Hub des Antriebsaktuators verwendet werden. Dies ist zum Beispiel nicht möglich, wenn der Antriebsaktuator durch sinusförmige Spannungen angetrieben wird.The original positions of the drive and holding actuators are now reached again. However, the object is moved a distance in the main direction of movement, which ideally corresponds to the distance between the points A to C. Because in this embodiment the drive actuators are located in their outermost positions during both the engagement and release actions, the maximum lift of the drive actuator may be used. This is not possible, for example, when the drive actuator is driven by sinusoidal voltages.

Um eine fortgesetzte Bewegung zu erreichen, werden das Antreiben, Übertragen, Zurückziehen und Rückübertragen in einer zyklischen Art wiederholt, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird.In order to achieve continued movement, the drive, transfer, retraction and retransmission are repeated in a cyclic manner, thereby producing a stepwise movement of the object in the main direction of movement.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerung der aktiven relativen Bewegung zwischen dem Halteaktuator und dem Antriebsaktuator, um senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung zu sein, sowohl während der Freigabe- als auch der Eingriffsphase ausgeführt. Mit dieser Steuerung während nur einer der Anlässe wird sich jedoch ohnehin eine Verbesserung im Vergleich mit dem Stand der Technik ergeben.In a preferred embodiment, the control of the active relative movement between the holding actuator and the drive actuator to be perpendicular to the main direction of movement is performed during both the release and engagement phases. With this control during only one of the occasions, however, an improvement in comparison with the prior art will result anyway.

Die oben dargestellten Spannungskurven sind nur Beispiele von möglichen Spannungskurven. Es kann zum Beispiel angemerkt werden, dass die Spannungskurven in 4A bis C bewirken, dass der Antriebsaktuator seine Antriebs-Interaktionsfläche auf einer Bahn bewegt, die Komponenten aufweist, die senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung sind. Dies ist die herkömmliche Art, bei der die Antriebsaktuatoren, zum Beispiel in der US 6,337,532 , angetrieben werden. Weil jedoch die Halteaktuatoren in der vorliegenden Offenbarung oberhalb des Mittelwerts des Antriebsaktuators bei der Aktivierung und unterhalb des Mittelwertes des Antriebsaktuators bei Nichtaktivierung angeordnet sind, ist es für jeweilige Bewegungskomponenten nicht besonders erforderlich, senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung zu sein. Diese Bewegungskomponenten können stattdessen Vibrationen, unnötige Geräusche, zusätzlichen Verschleiß und zusätzliche Wärmeerzeugung verursachen.The voltage curves shown above are only examples of possible voltage curves. It can be noted, for example, that the voltage curves in 4A to C cause the drive actuator to move its drive interaction surface on a path having components that are perpendicular to the main direction of motion. This is the conventional way in which the drive actuators, for example in the US 6,337,532 , are driven. However, because the hold actuators in the present disclosure are located above the mean value of the drive actuator at activation and below the mean value of the drive actuator when not activated, it is not particularly required for respective movement components to be perpendicular to the main move direction. These motion components may instead cause vibration, unnecessary noise, additional wear and additional heat generation.

5A bis D stellen eine weitere Ausführungsform von Spannungssignalen dar, die für eine Ausführungsform von Antriebsaktuatoren und Halteaktuatoren vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform wird der Antriebsaktuator in einer aufrechten Art von Position A zur Position C bewegt, wie an der Bahn 102 in 5D ersichtlich. Unter Berücksichtigung der Ähnlichkeit mit den obigen Erörterungen ist jedoch die gestrichelte Linie 101 die tatsächlich erfasste Bahn. Dieses Verhalten wird durch die Spannungen von 5A bis C erreicht. Zum Zeitpunkt t7 ist der Antriebsaktuator an der Position A angeordnet, wobei eine Seite des Bimorphs erregt ist und die andere Seite kein elektrisches Feld aufweist, das über das piezoelektrische Volumen aufgebracht ist. In der Periode zwischen t7 und t8 wird die Spannung über die erregte Seite allmählich verringert, während die Spannung über die ursprüngliche, nicht erregte Seite des Bimorphs allmählich erhöht wird. Dies führt dazu, dass die Antriebs-Interaktionsfläche sich entlang einer geraden Linie in die Hauptbewegungsrichtung 9 bewegt, bis sie Position C erreicht. Weil der Halteaktuator nicht erregt ist, ist nur der an Position E positionierte Antriebsaktuator mit dem Gegenstand in Kontakt. In der Periode zwischen t8 und t9 werden die Spannungen, die am Antriebsaktuator angelegt sind, konstant gehalten, während der Halteaktuator erregt wird. Das heißt, dass sich der Halteaktuator ausdehnt und den Kontakt mit dem zu bewegenden Gegenstand übernimmt. In der Periode zwischen t9 und t10 wird der Antriebsaktuator gesteuert, um wieder zur Position A zurückzukehren, ebenfalls entlang der geraden Bahn. Weil der Halteaktuator den zu bewegenden Gegenstand an der Position F (oder eher F') stützt, kann sich der Antriebsaktuator entlang der geraden Linie, ohne den Gegenstand zu beeinflussen, zurückziehen. In dieser Ausführungsform wird die für den Halteaktuator verwendete Spannung etwas reduziert, das heißt, dass die Positionen E und F näher zum Mittelpunkt sind. Dies kann ausgeführt werden, wenn die Spanne zwischen den Bahnen des Antriebsaktuators und des Halteaktuators-Endpunkts groß genug ist, um ungestörte Bewegungen zu gewährleisten. Eine geringere Erregerspannung führt zu geringerem Stromverbrauch und geringer Wärmeableitung. In den Perioden zwischen t10 und t11 werden die Spannungen, die am Antriebsaktuator vorgesehen sind, wiederum konstant gehalten, während der Halteaktuator nicht erregt wird. Das heißt, dass sich der Halteaktuator zusammenzieht und den Kontakt mit dem zu bewegenden Gegenstand zum Antriebsaktuator verlässt. 5A to D represent another embodiment of voltage signals provided for one embodiment of drive actuators and holding actuators. In this embodiment, the drive actuator is moved in an upright manner from position A to position C, as at the web 102 in 5D seen. However, taking into account the similarity with the above discussion, the dashed line is 101 the actual track detected. This behavior is caused by the tensions of 5A reached to C At time t7, the drive actuator is located at position A, with one side of the bimorph energized and the other side having no electric field applied across the piezoelectric volume. In the period between t7 and t8, the voltage across the excited side is gradually decreased, while the voltage across the original non-energized side of the bimorph is gradually increased. This causes the drive interaction surface to move along a straight line in the main motion direction 9 moves until it reaches position C. Because the hold actuator is not energized, only the drive actuator positioned at position E is in contact with the object. In the period between t8 and t9, the voltages applied to the drive actuator are held constant while the holding actuator is energized. That is, the holding actuator expands and makes contact with the object to be moved. In the period between t9 and t10, the drive actuator is controlled to return to position A, also along the straight path. Because the holding actuator supports the object to be moved at position F (or rather F '), the drive actuator may travel along the straight line without affecting the object, pull back. In this embodiment, the voltage used for the holding actuator is slightly reduced, that is, the positions E and F are closer to the center. This can be done if the span between the tracks of the drive actuator and the hold actuator end point is large enough to ensure undisturbed movement. A lower excitation voltage leads to lower power consumption and low heat dissipation. In the periods between t10 and t11, the voltages provided to the drive actuator are again held constant while the holding actuator is not energized. That is, the holding actuator contracts and leaves contact with the object to be moved to the drive actuator.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass er die Bewegungen des Gegenstands in andere Richtungen mit Ausnahme der Hauptbewegungsrichtung reduziert. Eine kleine anhebende Aktion ist noch vorhanden, hervorgerufen durch den Halteaktuator, aber die gesamte Auf-und-ab-Bewegung wird signifikant reduziert. Dies wiederum reduziert Vibrationen, Geräuscherzeugung, Verschleiß und Hitzeerzeugung.An advantage of this embodiment is that it reduces the movements of the object in other directions, with the exception of the main direction of movement. A small lifting action is still present, caused by the hold actuator, but the entire up-and-down motion is significantly reduced. This in turn reduces vibration, noise, wear and heat generation.

An den Spannungssignalen von 4A bis C kann ersehen werden, dass der zu bewegende Gegenstand für einen recht großen Bereich des Zyklus' in die Hauptbewegungsrichtung tatsächlich stationär ist. Er bewegt sich nur in der Periode zwischen t0 und t2. In den Perioden t2 bis t3 und t5 bis t6 bewegt er sich nur senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung. Die Spannungssignale von 5A bis C stellen eine sogar schlechtere Bewegungszeit dar. Hier bewegt tatsächlich nur eine aus den vier Perioden den Gegenstand. Bei einigen Anwendungen ist diese geringe Zeitanwendung ohne Belang und diese Spannungskurven sind perfekt verwendbar. Bei Anwendungen jedoch, wo eine konstantere Bewegung erforderlich ist, können die angelegten Spannungen weiter verbessert werden.At the voltage signals of 4A to C, it can be seen that the object to be moved is actually stationary for a fairly large portion of the cycle in the main direction of movement. It only moves in the period between t0 and t2. In the periods t2 to t3 and t5 to t6, it moves only perpendicular to the main movement direction. The voltage signals from 5A to C represent an even worse movement time. Here, in fact, only one of the four periods moves the object. In some applications, this low time application is of no concern and these voltage curves are perfectly usable. However, in applications where more constant movement is required, the applied voltages can be further improved.

In 6A bis C werden dieselben Basis-Spannungssignale wie in 5A bis C mit Ausnahme der Größe der Perioden vorgesehen. Durch Erhöhen der Perioden, in denen die tatsächliche Bewegung des Gegenstandes stattfindet und durch Verringern der Perioden, in denen der Gegenstand ruht oder senkrecht bewegt wird, kann die Zeiteffizienz verbessert werden. In den Ausführungsformen von 6A bis C bewegt sich der Gegenstand während 5/8 der Gesamtzeit. Es wird festgestellt, dass das Eingriffen und Freigeben extrem schnell ohne spürbare Verschlechterung, zum Beispiel vom Geräuschpegel, Verschleiß oder Positioniergenauigkeit, ausgeführt werden kann. Außerdem kann der Rückzug des Antriebsaktuators auch äußerst schnell ausgeführt werden, da die Antriebs-Interaktionsfläche des Antriebsaktuators keinen mechanischen Kontakt mit dem Gegenstand aufweist. In 7A bis C ist die Situation noch extremer. Hier bewegt sich der Gegenstand um mehr als die 97% der Gesamtzeit. Mit diesem Antrieb ist die Bewegung des Gegenstands mehr oder weniger kontinuierlich.In 6A to C are the same base voltage signals as in 5A to C except for the size of the periods provided. By increasing the periods in which the actual movement of the object takes place and by reducing the periods in which the object is resting or being moved vertically, the time efficiency can be improved. In the embodiments of 6A to C, the item moves for 5/8 of the total time. It is noted that engagement and release can be performed extremely quickly without noticeable degradation, for example, noise level, wear, or positioning accuracy. In addition, the retraction of the drive actuator can also be performed extremely fast, since the drive-interaction surface of the drive actuator has no mechanical contact with the object. In 7A to C, the situation is even more extreme. Here the object moves by more than 97% of the total time. With this drive, the movement of the object is more or less continuous.

8 stellt ein Ablaufdiagramm von Schritten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Antreiben einer elektromechanischen Aktuatorvorrichtung dar. Das Verfahren startet beim Schritt 200. Im Schritt 210 wird ein Gegenstand dadurch angetrieben, dass beim Antriebsaktuator bewirkt wird, sich zu bewegen. Ein Antriebs-Interaktionsbereich des Antriebsaktuators ist während des Antriebs in mechanischem Kontakt mit einer Interaktionsfläche des Gegenstands. Die Bewegung des Antriebsaktuators bewegt den Antrieb-Interaktionsbereich entlang eines Antriebsbahnbereichs. Der Antriebsbahnbereich weist zumindest eine Komponente entlang einer Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Eine Last des Gegenstands wird im Schritt 212 vom Antriebsaktuator zu einem Halteaktuator übertragen. Dies findet nach dem Schritt des Antreibens 210 statt. Eine Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, wird dadurch beseitigt und der Antriebs-Interaktionsbereich wird von der Interaktionsfläche freigegeben. Der Schritt zum Übertragen 212 bewirkt beim Halteaktuator auch, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Eingriffsbahn zu einem mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche zu bewegen. In einer besonderen Ausführungsform, wie durch Schritt 214 angezeigt, wird eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich gesteuert, um während einer Freigabeperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung zu sein. Die Freigabeperiode umfasst die gesamte Beseitigung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewegt wird, und die gesamte Freigabe des Antriebs-Interaktionsbereichs von der Interaktionsfläche. Im Schritt 216 wird der Antriebsaktuator nach dem Schritt des Übertragens 212 dadurch zurückgezogen, dass beim Antriebsaktuator bewirkt wird, den Antriebs-Interaktionsbereich entlang eines Rückzugs-Bahnbereichs zu bewegen. Der Antriebs-Interaktionsbereich des Antriebsaktuators ist während dieses Schritts ohne mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche des Gegenstands. Der Rückzugs-Bahnbereich weist zumindest eine Komponente in entgegengesetzter Richtung zur Hauptbewegungsrichtung des Gegenstands auf. Die Last des Gegenstands wird im Schritt 218 vom Halteaktuator zum Antriebsaktuator nach dem Schritt des Rückzugs 216 rückübertragen. Eine Verformung des Antriebsaktuators wird dadurch erzeugt, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird. Ein mechanischer Kontakt wird auch zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche erzeugt. Der Schritt des Rückübertragens 218 bewirkt beim Halteaktuator auch, einen Halte-Interaktionsbereich entlang einer Freigabebahn zu bewegen, wobei der mechanische Kontakt mit der Interaktionsfläche beseitigt wird. In einer besonderen Ausführungsform, wie durch Schritt 220 angezeigt, wird eine aktive relative Bewegung zwischen dem Halte-Interaktionsbereich und dem Antriebs-Interaktionsbereich gesteuert, um während einer Eingriffsperiode senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung zu sein. Die Eingriffsperiode weist die gesamte Erzeugung der Verformung des Antriebsaktuators, die durch die Last des Gegenstands bewirkt wird, und die gesamte Erzeugung des mechanischen Kontakts zwischen dem Antriebs-Interaktionsbereich und der Interaktionsfläche auf. Beim Antriebsaktuator wird bei allen Bewegungen bewirkt, sich durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators zu bewegen. Beim Halteaktuator wird ebenfalls bei allen Bewegungen bewirkt, sich durch Erregen von Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Halteaktuators zu bewegen. Die Schritte des Antreibens 210, Übertragens 212, Zurückziehens 216 und Rückübertragens 218 werden wiederholt, wie durch den Pfeil 230 angezeigt, wodurch eine schrittweise Bewegung des Gegenstands in die Hauptbewegungsrichtung erzeugt wird. Dieser Ablauf endet beim Schritt 299. 8th FIG. 12 illustrates a flowchart of steps of one embodiment of a method for driving an electromechanical actuator device. The method starts at step 200 , In step 210 For example, an object is driven by causing the drive actuator to move. A drive interaction area of the drive actuator is in mechanical contact with an interaction surface of the object during the drive. The movement of the drive actuator moves the drive interaction area along a drive track area. The drive track region has at least one component along a main direction of movement of the object. A load of the object gets in step 212 transferred from the drive actuator to a holding actuator. This takes place after the step of driving 210 instead of. Deformation of the drive actuator caused by the load of the article is thereby eliminated and the drive interaction region is released from the interaction surface. The step to transfer 212 causes at Haltactuator also to move a holding interaction area along an engagement track to a mechanical contact with the interaction surface. In a particular embodiment, as by step 214 is displayed, an active relative movement between the holding interaction area and the drive interaction area is controlled to be perpendicular to the main movement direction during a release period. The release period includes the total elimination of the deformation of the drive actuator that is moved by the load of the article and the total release of the drive interaction region from the interaction surface. In step 216 becomes the drive actuator after the step of transferring 212 withdrawn by causing the drive actuator to move the drive interaction area along a retreat path area. The drive interaction region of the drive actuator is without mechanical contact with the interaction surface of the article during this step. The withdrawal web portion has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article. The load of the object gets in step 218 from the hold actuator to the drive actuator after the step of retreat 216 retransmitted. Deformation of the drive actuator is thereby generated, which is caused by the load of the article. Mechanical contact is also created between the drive interaction area and the interaction area. The step of retransmitting 218 also causes the hold actuator to move a hold interaction area along a release track, eliminating mechanical contact with the interaction surface. In a particular embodiment, as by step 220 is displayed, an active relative movement between the holding interaction area and the drive interaction area is controlled to be perpendicular to the main movement direction during an engagement period. The engagement period includes the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total generation of the mechanical contact between the drive interaction region and the interaction surface. The drive actuator is caused to move by energizing volumes of electromechanical active material within the drive actuator during all motions. The hold actuator is also caused to move by energizing volumes of electromechanical active material within the hold actuator during all movements. The steps of driving 210 , Transferring 212 , Retreating 216 and retransmitting 218 are repeated, as by the arrow 230 displayed, whereby a stepwise movement of the object is generated in the main movement direction. This process ends at the step 299 ,

Zumindest einer der Schritte 214 und 220 sollte im Verfahren vorhanden sein. In den meisten Anwendungen ist es vorteilhaft, beide ausgeführten Schritte 214 und 220 aufzuweisen.At least one of the steps 214 and 220 should be present in the process. In most applications, it is beneficial to follow both steps 214 and 220 exhibit.

Wenn es erforderlich ist, den maximalen Hub des Antriebsaktuators zu verwenden, muss der Antriebsaktuator in einer der äußersten Positionen (A, C in 5D) in die Hauptbewegungsrichtung oder entgegengesetzt zur Hauptbewegungsrichtung im Rautenbereich (105 in 5D) angeordnet werden, innerhalb dem ein Antreiben der Antriebs-Interaktionsfläche möglich ist. Das heißt, dass der Antriebsaktuator in die vertikale Richtung von diesen Positionen aus nicht aktiv angetrieben werden kann. Wenn maximale Hübe erforderlich sind, kann der Antriebsaktuator folglich nicht verwendet werden, um das Übertragen und Rückübertragen der Last zu unterstützen.When it is necessary to use the maximum lift of the drive actuator, the drive actuator must be in one of the outermost positions (A, C in FIG 5D ) in the main movement direction or opposite to the main movement direction in the diamond region ( 105 in 5D ) within which driving of the drive interaction surface is possible. That is, the drive actuator can not be actively driven in the vertical direction from these positions. Consequently, when maximum strokes are required, the drive actuator can not be used to assist in transferring and re-transferring the load.

Die Erregung der Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators wird dadurch während der Eingriffsperiode und/oder der Freigabeperiode unverändert bleiben. Diese Betätigungen können jedoch vollständig durch den Halteaktuator, wie in den obigen Beispielen, gesteuert werden. Wenn der Antriebsaktuator bei konstanten Spannungen während des Eingreifens gehalten wird, muss der Halteaktuator zur Interaktionsfläche entlang einer Richtung, die senkrecht zur Interaktionsfläche ist, bewegt werden. Wenn der Antriebsaktuator bei konstanten Spannungen während der Freigabe gehalten wird, muss der Halteaktuator von der Interaktionsfläche entlang der Richtung, die senkrecht zur Interaktionsfläche ist, herausbewegt werden. Die Interaktionsfläche weist eine der Fläche zugewandte Richtung auf, die parallel zu einer Flächennormalen der Interaktionsfläche ist, die senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung ist und die von der Interaktionsfläche nach außen gerichtet ist. Die obigen Bewegungen können dann so angegeben werden, dass die Eingriffsbahn eine lineare Eingriffsbahn ist, die in entgegengesetzter Richtung zu der der Fläche zugewandten Richtung der Interaktionsfläche ist, und/oder dass die Freigabebahn eine lineare Freigabebahn ist, die in die der Fläche zugewandten Richtung des Antriebs-Interaktionsbereichs ausgerichtet ist.The excitation of the volumes of electromechanical active material within the drive actuator will thereby remain unchanged during the engagement period and / or the release period. However, these operations can be completely controlled by the hold actuator as in the above examples. If the drive actuator is held at constant voltages during engagement, the retention actuator must be moved to the interaction surface along a direction perpendicular to the interaction surface. If the drive actuator is held at constant voltages during release, the retention actuator must be moved out of the interaction surface along the direction normal to the interaction surface. The interaction surface has a surface facing direction that is parallel to a surface normal of the interaction surface that is perpendicular to the main motion direction and that faces outward from the interaction surface. The above movements may then be indicated so that the engagement path is a linear engagement path that is in the opposite direction to the surface facing direction of the interaction surface, and / or that the release path is a linear release path that faces in the direction of the surface Drive interaction area is aligned.

Wenn der Halteaktuator die Last vom zu bewegenden Gegenstand aufnimmt, wird bewirkt, dass die Last den Halteaktuator etwas verformt, hauptsächlich in die Richtung der Normalkraft, aber typischerweise auch etwas in die Hauptbewegungsrichtung (oder entgegengesetzt dazu), abhängig von der Antriebskraft. Um keine zusätzlichen Unsicherheiten beim Positionieren hereinzubringen, wird eine besondere Ausführungsform angeordnet, so dass die Verformungsrichtung, die durch die Normalkraftkomponente der Last bewirkt wird, mit der Eingriffs- und/oder Freigabebahn übereinstimmt. Somit beeinflusst jede Verformung nur das Timing des Freigebens oder Eingreifens, die keinen Nachteil bezüglich der Positioniergenauigkeit darstellt, weil die relative Bewegung zwischen dem Halteaktuator und Antriebsaktuator sowieso keine Komponente in die Hauptbewegungsrichtung aufweist. Mit anderen Worten, zumindest eine Bahn, entweder die Eingriffsbahn oder die Freigabebahn, ist senkrecht zur Interaktionsfläche des Gegenstands angeordnet.When the holding actuator picks up the load from the object to be moved, the load is caused to somewhat deform the holding actuator, primarily in the direction of normal force, but typically also slightly in the main (or opposite) direction of travel, depending on the driving force. In order not to introduce any additional uncertainties in positioning, a particular embodiment is arranged so that the deformation direction effected by the normal force component of the load coincides with the engagement and / or release path. Thus, any deformation only affects the timing of the release or engagement, which is not a disadvantage with respect to the positioning accuracy, because the relative movement between the support actuator and drive actuator does not have any component in the main movement direction anyway. In other words, at least one lane, either the engagement lane or the release lane, is perpendicular to the interaction surface of the article.

Die Tests wurden bei elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen gemäß den oben dargestellten Grundsätzen ausgeführt. Die hier oben abgegebenen Erläuterungen wurden durch Vergleichen der Betätigung von elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen gemäß den oben dargestellten Grundsätzen mit den elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen gemäß einer Standardlösung, zum Beispiel im Wesentlichen gemäß der US 6,337,532 , bestätigt.The tests were performed on electromechanical actuator devices according to the principles outlined above. The explanations given hereinabove have been made by comparing the actuation of electromechanical actuator devices according to the principles set out above with the electromechanical actuator devices according to a standard solution, for example, substantially according to FIG US 6,337,532 , approved.

Ein Aktuator gemäß der US 6,337,532 sieht eine größere Schrittlänge pro Zyklus vor, die dem Tatbestand entspricht, dass unter Verwendung von im Wesentlichen zwei Schritten pro Zyklus angetrieben wird. Die vorliegenden offenbarten elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen weisen eine kürzere Zykluslänge auf, aber stellen eine höhere Steifigkeit dar und jeder einzelne Schritt ist länger. Diese Tendenz ist auch für Änderungen bei der Normalkraft gültig. Allgemein unterscheiden sich die vorliegenden offenbarten elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen auch weniger von Einheit zu Einheit, wahrscheinlich infolge der Tatsache, dass sie unabhängiger von den relativen Höhen der Aktuatoren sind. Außerdem wird jeder Schritt exakt mit denselben Antriebsstrecken und nicht mit zwei oder mehreren Sätzen ausgeführt.An actuator according to the US 6,337,532 provides a greater stride length per cycle, which corresponds to the fact that it is driven using essentially two steps per cycle. The present disclosed electromechanical actuator devices have a shorter cycle length, but provide higher stiffness and each individual step is longer. This tendency is also valid for changes in the normal force. In general, the present disclosed electromechanical actuator devices also differ less from unit to unit, probably due to the fact that they are are more independent of the relative heights of the actuators. In addition, each step is executed exactly with the same drive lines and not with two or more sets.

Als Ergebnis der Tests stellen die vorliegenden offenbarten elektromechanischen Aktuatorvorrichtungen eine Anzahl von nützlichen Vorteilen im Vergleich mit den Aktuatorvorrichtungen des Standes der Technik dar. Die Zykluslänge wird besser aufrechterhalten, wenn die Antriebslast erhöht wird. Die Betätigung ist auch unempfindlicher bei Änderungen bei der Normalkraft. Der Aktuator wirkt mit einer hohen Steifigkeit während der stationären Zustände, zum Beispiel bei einem ”Langzeitparken”, sowie auch während einer Betätigung.As a result of the tests, the presently disclosed electromechanical actuator devices present a number of useful advantages compared to the prior art actuator devices. The cycle length is better maintained as the drive load is increased. The operation is also less sensitive to changes in the normal force. The actuator acts with a high rigidity during stationary conditions, for example during a "long-term parking", as well as during an actuation.

In den Ausführungsformen von 4A bis D ist eine gesamte Antriebsbahn des Antriebs-Interaktionsbereichs, der zumindest den Antriebsbahnbereich und den Rückzugsbahnbereich aufweist, eine zweidimensionale Bahn. Wie ferner nachstehend erörtert wird, kann eine Möglichkeit zum Antreiben in zwei Dimensionen bei bestimmten Anwendungen sehr nützlich sein. Bei anderen Anwendungen ist jedoch eine eindimensionale Antriebsbahn zu bevorzugen.In the embodiments of 4A to D is an entire drive path of the drive interaction area having at least the drive track area and the retreat path area, a two-dimensional path. As will be discussed further below, a potential for driving in two dimensions may be very useful in certain applications. In other applications, however, a one-dimensional drive path is preferable.

Wenn eine eindimensionale Antriebsbahn zusammen mit einem Bimorphstrukturierten Antriebsaktuator verwendet wird, kann man feststellen, dass die Spannungssignale, die für die beiden Hälften vorgesehen sind, im Vergleich zueinander gespiegelt sind. Wenn eine maximale Erregerspannung V ist, sind die Spannungssignale bei der V/2-Linie gespiegelt. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass die Spannungssignale Zeitableitungen aufweisen, die bei der Größenordnung gleich sind, aber unterschiedliche Zeichen aufweisen. Die Antriebselektronik ist in dieser einen Ausführungsform eingerichtet, um Spannungssignale an die beiden Volumen des elektromechanischen aktiven Materials vorzusehen, wobei die Spannungssignale Zeitableitungen von gleicher absoluter Größe, aber mit entgegengesetzten Zeichen, aufweisen. Diese Tatsache ermöglicht auch, die Antriebselektronik zu vereinfachen. Wie in 9A in einer besonderen Ausführungsform dargestellt, können die beiden Spannungssignale durch einen einzelnen Signalgenerator 70 und einen Wechselrichter 71 erzeugt werden. Das Signal selbst wird an einer ersten Ausgabe 72 vorgesehen und eine umgekehrte Kopie des Signals an einer zweiten Ausgabe 73 vorgesehen. Die beiden Ausgaben 72 und 73 werden dann mit dem Antriebsaktuator verbunden. Bezüglich des Halteaktuators könnte die Wellenform einfach die Ausgabe eines binären Spannungssignalgenerators 74 sein. Zur Vermeidung von mechanischen Resonanzen kann der binäre Spannungssignalgenerator 74 mit dem Halteaktuator über einen Widerstand 75 verbunden werden. Weil der piezoelektrische Aktuator elektrisch mit einem Kondensator äquivalent ist, erhält man eine Ladekurve und eine Entladekurve. Um das Laden und Entladen, und noch spezifischer, die Anstiegszeiten angleichen zu können, ist der Widerstand vorzugsweise variabel und wird noch bevorzugter digital gesteuert. Wenn jedoch die erforderliche Anstiegszeit vorher bekannt ist, können auch nicht variable Widerstände verwendet werden. Die an einer dritten Ausgabe 76 vorgesehene Wellenform kann dann für eine Anstiegszeit oder Fallzeit vorgegeben werden, die für die Antriebssignale, die verwendet werden, geeignet ist.When using a one-dimensional drive track together with a bimorph-structured drive actuator, it can be seen that the voltage signals provided for the two halves are mirrored relative to each other. When a maximum excitation voltage is V, the voltage signals at the V / 2 line are mirrored. This can also be expressed in such a way that the voltage signals have time derivatives that are the same in magnitude, but have different characters. The drive electronics in this one embodiment are arranged to provide voltage signals to the two volumes of electromechanical active material, the voltage signals having time derivatives of equal absolute magnitude but opposite characters. This fact also makes it possible to simplify the drive electronics. As in 9A In a particular embodiment, the two voltage signals may be provided by a single signal generator 70 and an inverter 71 be generated. The signal itself is at a first output 72 provided and an inverse copy of the signal at a second output 73 intended. The two issues 72 and 73 are then connected to the drive actuator. With respect to the hold actuator, the waveform could simply be the output of a binary voltage signal generator 74 be. To avoid mechanical resonances, the binary voltage signal generator 74 with the holding actuator via a resistor 75 get connected. Because the piezoelectric actuator is electrically equivalent to a capacitor, a charge curve and a discharge curve are obtained. In order to be able to equalize the charging and discharging, and more specifically, the rise times, the resistance is preferably variable and more preferably is digitally controlled. However, if the required rise time is known in advance, non-variable resistors can also be used. The third issue 76 provided waveform can then be given for a rise time or falling time, which is suitable for the drive signals that are used.

Die Spannungskurven, die erhalten werden, wenn ein Kondensator geladen oder entladen wird, sind in der horizontalen Ebene spiegelbildliche Kurven. Da das piezoelektrische Material unter elektrischer Gesichtspunkten wie ein Kondensator wirkt, könnten diese Lade/Entladekurven zum Steuern der Spannungen auch bei den Antriebsaktuatoren verwendet werden. In 9B ist eine Ausführungsform, die eine Kondensator-Ladekurve verwendet, schematisch dargestellt. Ein Impulsgenerator 77A sieht einen Spannungsimpuls mit einer vorbestimmten Amplitude vor. Ein Teil des Aktuators wird durch einen Widerstand 78 aufgeladen (oder entladen), der bewirkt, dass sich die Spannung einer ersten Ausgabe 72, die am Aktuator angelegt ist, gemäß der oberen Kurve von 9C verändert. Ebenso sieht ein Impulsgenerator 77B einen Spannungsimpuls mit einer vorbestimmten Amplitude vor. Ein weiterer Teil des Aktuators wird durch einen Widerstand 78 geladen (oder entladen), der bewirkt, dass sich die Spannung einer ersten Ausgabe 73, die am Aktuator angelegt ist, gemäß der unteren Kurve von 9C verändert. Der Impulsgenerator 77A ist in entgegengesetzten Phase wie der Impulsgenerator 77B verbunden, so dass, wenn der Impulsgenerator 77A eine Spannungsausgabe vorsieht, der Impulsgenerator 77B eine Null-Ausgabe vorsieht und umgekehrt. Vorzugsweise sind die Impulsgeneratoren 77A, 77B als eine gemeinsame Impulsgeneratoreinheit 77 vorgesehen. Die Spannungskurven von 9C ergeben beim Antriebsaktuator eine schnelle Bewegung zu Beginn der Periode und wobei die Geschwindigkeit allmählich mit der Zeit reduziert wird.The voltage curves obtained when charging or discharging a capacitor are mirror-image curves in the horizontal plane. Since the piezoelectric material acts like a capacitor from an electrical point of view, these charge / discharge curves for controlling the voltages could also be used in the drive actuators. In 9B is an embodiment that uses a capacitor charging curve, shown schematically. A pulse generator 77A provides a voltage pulse of a predetermined amplitude. Part of the actuator is replaced by a resistor 78 charged (or discharged), which causes the voltage of a first output 72 , which is applied to the actuator, according to the upper curve of 9C changed. Likewise sees a pulse generator 77B a voltage pulse of a predetermined amplitude. Another part of the actuator is a resistor 78 charged (or discharged), which causes the voltage of a first output 73 , which is applied to the actuator, according to the lower curve of 9C changed. The pulse generator 77A is in opposite phase as the pulse generator 77B connected so that when the pulse generator 77A provides a voltage output, the pulse generator 77B provides a zero output and vice versa. Preferably, the pulse generators 77A . 77B as a common pulse generator unit 77 intended. The voltage curves of 9C give the drive actuator a fast movement at the beginning of the period and the speed is gradually reduced with time.

Wenn linearere Verhalten (oder andere Verhaltenstypen) erforderlich sind, kann der Widerstand des Widerstands 78 reduziert werden und die Impulsgeneratoren 77A, 77B können in einem Pulsweitenmodulation-Modus zum Erreichen einer erforderlichen Form der ausgegebenen Spannungskurven betätigt werden. Um eine lineare Ausgabe für eine Belastungskapazität des Antriebsaktuators vorzusehen, wird das Verhältnis zwischen der Zeit der Perioden von angelegter Spannung und der Zeit der Perioden von angelegtem Erdpotential nur etwas höher als eine Einheit zu Beginn sein, nimmt aber mit der Zeit zu, bis die Spannung schließlich fast konstant angelegt ist. Dies ist in 9D schematisch dargestellt. Eine analoge Änderung beim Verhältnis zwischen ”EIN-” und ”AUS-”Zeiten wird zum Entladen ausgeführt, dann erfolgt der Start jedoch bei einem Verhältnis etwas unter 1 und reduziert sich allmählich auf fast Null. Andere Lösungen sind auch machbar, zum Beispiel längere Perioden der angelegten Spannung, die durch Perioden von sehr schnellen Wechseln zwischen angelegter Spannung und Erdung von gleicher Dauer unterbrochen werden. Die ”längeren” Perioden der angelegten Spannung können gesteuert werden, um zu Beginn relativ kurz zu sein und sich mit zunehmendem Laden zu erhöhen. Durch eine geeignete Steuerung kann ein quasi-lineares Laden erreicht werden.If more linear behavior (or other behavioral types) are required, the resistance of the resistor can be 78 be reduced and the pulse generators 77A . 77B can be operated in a pulse width modulation mode to achieve a required shape of the output voltage waveforms. To provide a linear output for a load capacitance of the drive actuator, the ratio between the time of the applied voltage periods and the time of the periods of applied ground potential will be only slightly higher than one unit at the beginning, but will decrease over time until, finally, the voltage is almost constant. This is in 9D shown schematically. An analogous change in the ratio between "ON" and "OFF" times is carried out for unloading, but then starting at a ratio slightly below 1 and gradually decreasing to almost zero. Other solutions are also feasible, for example, longer periods of applied voltage interrupted by periods of very fast alternation between applied voltage and grounding of equal duration. The "longer" periods of applied voltage can be controlled to be relatively short initially and to increase with increasing charge. By a suitable control, a quasi-linear charging can be achieved.

Die angelegten Potentiale können in einer Ausführungsform, die auf einer Pulsweitenmodulation basiert, auch fast konstant für eine bestimmte Zeitperiode beibehalten werden. Zum Erreichen dieses konstanten Verhaltens, wird das Verhältnis zwischen ”EIN” und ”AUS”-Zeiten so gesteuert, dass das gesamte Laden während der ”EIN”-Zeit gleich dem gesamten Entladen während der ”AUS”-Zeit ist.The applied potentials may also be maintained almost constant for a certain period of time in an embodiment based on pulse width modulation. To achieve this constant behavior, the ratio between "ON" and "OFF" times is controlled so that the total charge during the "ON" time is equal to the total discharge during the "OFF" time.

In einer weiteren Ausführungsform eines elektromechanischen Aktuators sind die Elektroden der bimorphen Struktur in einer besonderen Weise verbunden. In einem herkömmlichen Verbindungsschema weist jede Hälfte des Bimorphs Erdelektroden und Phasenelektroden auf, wie schematisch in 10A dargestellt. Die Phasenelektroden sind mit unterschiedlichen, gespiegelten Spannungssignalen versehen. Wenn jedoch, wie in 10B dargestellt, eine feste maximale Spannung Vcc anstatt des Erdpotentials an einer Seite des Bimorphs vorgesehen ist, und dasselbe Spannungssignal an den Phasenelektroden auf beiden Seiten vorgesehen ist, ist das effiziente elektrische Feld, das über die piezoelektrischen Volumen aufgebracht ist, dasselbe wie im herkömmlichen Fall. Dies reduziert auch die Anforderungen, um nur eine Spannungssignalquelle für den vollständigen Antriebsaktuator aufzuweisen. Bei der konstanten maximalen Spannung Vcc ist davon auszugehen, dass sie auch von der Spannungssignalquelle leicht vorgesehen werden kann.In a further embodiment of an electromechanical actuator, the electrodes of the bimorph structure are connected in a particular way. In a conventional interconnection scheme, each half of the bimorph has ground electrodes and phase electrodes, as shown schematically in FIG 10A shown. The phase electrodes are provided with different, mirrored voltage signals. If, however, as in 10B That is, when a fixed maximum voltage Vcc is provided instead of the ground potential on one side of the bimorph, and the same voltage signal is applied to the phase electrodes on both sides, the efficient electric field applied across the piezoelectric volumes is the same as in the conventional case. This also reduces the requirements to have only one voltage signal source for the complete drive actuator. At the constant maximum voltage Vcc, it can be assumed that it can also be easily provided by the voltage signal source.

Wie ferner oben erwähnt, kann ein Antriebsaktuator, der mit zumindest Möglichkeiten, zweidimensionale Antriebsbahnen aufzuweisen, arbeitet, in bestimmten Anwendungen vorteilhaft sein. Wenn die Last vom Gegenstand sehr groß ist, kann die Verformung des Antriebsaktuators und des Halteaktuators im Vergleich mit der Spanne eines freien Durchgangs für den Antriebsaktuator während des Rückzugs und des Halteaktuators während der Antriebsphase nicht unerheblich sein. In diesen Situationen könnte ein Kompromiss zwischen der Schrittlänge und der Höhenspanne vorteilhaft sein. In 11A ist der rautenförmige Antriebsbereich 105 des Antriebsaktuators dargestellt. Wenn der Antriebsaktuator stark belastet ist, kann die Verformung eine tatsächliche Position entlang der gestrichelten Linie 106 vorgeben. Diese Linie ist so nahe an der zurückgezogenen Position E des Halteaktuators, dass ein freier Durchgang nicht festgestellt werden kann. Es kann eine geeignete Höhenspanne erreicht werden, indem man stattdessen den Antriebsaktuator entlang eines Antriebsbahnbereichs 108, der etwas erhöht ist, antreibt. Während des Rückzugs kann der Halteaktuator ebenso nach unten zum Punkt F' zusammengedrückt werden, der zu nahe an der horizontalen Symmetrielinie des rautenförmigen Bereichs 105 angeordnet ist.As further noted above, a drive actuator that operates with at least ways to have two-dimensional drive paths may be advantageous in certain applications. When the load on the article is very large, the deformation of the drive actuator and the hold actuator may be significant as compared to the margin of free travel for the drive actuator during retraction and the hold actuator during the drive phase. In these situations, a compromise between the stride length and the height span could be advantageous. In 11A is the diamond-shaped drive area 105 of the drive actuator shown. When the drive actuator is heavily loaded, the deformation may be an actual position along the dashed line 106 pretend. This line is so close to the retracted position E of the holding actuator that a free passage can not be detected. An appropriate range of heights can be achieved by replacing the drive actuator along a drive track area 108 which is something elevated drives. During retraction, the hold actuator may also be compressed down to point F ', which is too close to the horizontal line of symmetry of the diamond shaped area 105 is arranged.

Wenn der Rückzugs-Bahnbereich 109 in diesem Fall an einem unteren Niveau als die horizontale Symmetrielinie vorgesehen wird, kann auch hier eine geeignete Höhenspanne vorgesehen werden. Der Nachteil ist, dass der Antriebsbahnbereich 108 und der Rückzugsbahnbereich 109 in die Hauptbewegungsrichtung begrenzt sind, so dass die Schrittlänge kürzer wird. In dieser Ausführungsform werden sich sowohl der Antriebsaktuator als auch der Halteaktuator während der Freigabe- und Eingriffsphasen bewegen, jedoch werden beide vorzugsweise senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung und in entgegengesetzter Richtung zueinander bewegt.If the retreat railway area 109 In this case, at a lower level than the horizontal line of symmetry is provided, a suitable height span can also be provided here. The disadvantage is that the drive track area 108 and the retreat area 109 are limited in the main movement direction, so that the stride length becomes shorter. In this embodiment, both the drive actuator and the hold actuator will move during the release and engagement phases, but both are preferably moved perpendicular to the main direction of movement and in opposite directions to each other.

Geeignete Spannungssignale für diese Lösung sind in den 11B bis D dargestellt. Diese Signale führen somit zu einer Gesamtantriebsbahn des Antriebs-Interaktionsbereichs, die zumindest den Antriebsbahnbereich und den Rückzugsbahnbereich aufweist, wobei die gesamte Antriebsbahn zumindest eine zweidimensionale Bahn ist.Suitable voltage signals for this solution are in the 11B to D shown. These signals thus lead to an overall drive path of the drive interaction area, which has at least the drive track area and the return track area, the entire drive track being at least a two-dimensional track.

In einer alternativen Ausführungsform können die Freigabe- und Eingriffsphasen in zwei Unter-Phasen getrennt werden. In einer Unter-Phase kann der Antriebsaktuator (Antriebsaktuatoren) senkrecht zur Interaktionsfläche des zu bewegenden Gegenstands bewegt werden, während der Halteaktuator (Halteaktuatoren) stationär beibehalten werden kann. In einer weiteren Unter-Phase ist die Situation entgegengesetzt. Mit anderen Worten, auch wenn beide Aktuatortypen während der Freigabe und/oder des Eingreifens bewegt werden, können sie außerdem einzeln bewegt werden.In an alternative embodiment, the release and engagement phases may be separated into two sub-phases. In a sub-phase, the drive actuator (drive actuators) can be moved perpendicular to the interaction surface of the object to be moved, while the holding actuator (holding actuators) can be maintained stationary. In another sub-phase, the situation is opposite. In other words, even if both actuator types are moved during release and / or engagement, they can also be moved individually.

Um eine Bewegung des Antriebs-Interaktionsbereichs in zwei Dimensionen vorzusehen, können unterschiedliche Lösungen des Aktuatordesigns verwendet werden. In den obigen Beispielen wurde eine bimorphe Struktur als Modellbeispiel verwendet, indem zwei Volumen entlang einer Richtung, die senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung ist, zusammen angeordnet sind. Die beiden bimorphen Hälften werden durch Elektroden separat erregt. Die Elektroden können in unterschiedlichen Richtungen vorgesehen werden; parallel zur Interaktionsfläche des Gegenstands, senkrecht zur Interaktionsfläche und parallel zur Hauptbewegungsrichtung oder senkrecht zu sowohl der Interaktionsfläche als auch der Hauptbewegungsrichtung. Es ist möglich, die zweidimensionale Bewegung auch unter Verwendung einer Kombination eines linearen Aktuators und eines Schubaktuators vorzusehen. Jedoch weist diese Lösung bestimmte Nachteile hinsichtlich der Herstellverfahren auf und wird zumindest vorliegend nicht als bevorzugte Ausführungsform betrachtet.To provide for movement of the drive interaction area in two dimensions, different solutions of the actuator design may be used. In the above examples, a bimorph structure was used as a model example in which two volumes are arranged along a direction perpendicular to the main movement direction. The two bimorph halves are excited separately by electrodes. The electrodes can be in different directions be provided; parallel to the interaction surface of the object, perpendicular to the interaction surface and parallel to the main motion direction, or perpendicular to both the interaction surface and the main motion direction. It is also possible to provide the two-dimensional motion using a combination of a linear actuator and a pusher actuator. However, this solution has certain drawbacks with regard to the manufacturing methods and, at least in the present case, is not considered as a preferred embodiment.

Sowohl der Antriebsaktuator als auch der Halteaktuator können mit Mehrschichtstrukturen konstruiert werden, um die Spannungsniveaus, die zum Erreichen der Formänderungen nötig ist, zu reduzieren.Both the drive actuator and the hold actuator may be constructed with multilayer structures to reduce the voltage levels needed to achieve the shape changes.

Eine Schlußbetrachtung können die Eigenschaften des elektromechanischen Aktuators sein, wenn er nicht betätigt wird. In vielen Anwendungen wird ein Aktuator zum Transportieren eines Gegenstands zu einer bestimmten Position verwendet. An dieser Position kann der Gegenstand für längere oder kürzere Zeitperioden, ohne irgendwelche Verschiebungen bei der Position zu erfahren, verbleiben. Wenn der Gegenstand für längere Zeit verbleibt, ist es vorteilhaft, wenn die Antriebsmechanismen ausgeschaltet und die genaue Position weiterhin beibehalten werden könnten. Das Antreiben des elektromechanischen Aktuators könnte daher in einer besonderen Ausführungsform den weiteren Schritt zum Parken des Gegenstands mit den Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators und den Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des nicht erregten Halteaktuators aufweisen.A final consideration may be the characteristics of the electromechanical actuator when it is not actuated. In many applications, an actuator is used to transport an item to a particular location. At this position, the article may remain for longer or shorter time periods without experiencing any shifts in position. If the article remains for a long time, it is advantageous if the drive mechanisms could be turned off and the exact position retained. Driving the electromechanical actuator, in one particular embodiment, could therefore include the further step of parking the article with the volumes of electromechanical active material within the drive actuator and the volumes of electromechanical active material within the non-energized holding actuator.

In einer in 12 dargestellten Ausführungsform könnte dieses Parken durch einen Ablauf, der beim Schritt 201 beginnt, erreicht werden. Beim Schritt 250 wird der Antriebsaktuator in einer erforderlichen Parkposition des Gegenstands während des Schritts des Antreibens gehalten. Wenn die erforderliche Parkposition erreicht ist, wird beim Halteaktuator im Schritt 252 bewirkt, dass er den Halte-Interaktionsbereich entlang der linearen Eingriffsbahn zum mechanischen Kontakt mit der Interaktionsfläche bewegt, wodurch der Antriebs-Interaktionsbereich von der Interaktionsfläche freigegeben wird. Beim Schritt 254 werden dann die Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Antriebsaktuators in der Weise nicht erregt, so dass der Antriebs-Interaktionsbereich mit der Interaktionsfläche nicht in mechanischen Kontakt kommt. Schließlich werden im Schritt 256 die Volumen des elektromechanischen aktiven Materials innerhalb des Halteaktuators in der Weise nicht erregt, so dass sich der Halte-Interaktionsbereich entlang einer Bahn, die zur linearen Eingriffsbahn entgegengesetzt ist, bewegt. Der Ablauf endet beim Schritt 298.In an in 12 illustrated embodiment, this parking could by a process that in step 201 begins to be achieved. At the step 250 the drive actuator is held in a required parking position of the object during the step of driving. When the required parking position is reached, the holding actuator in step 252 causes it to move the holding interaction area along the linear engagement path for mechanical contact with the interaction surface, thereby releasing the drive interaction area from the interaction area. At the step 254 Then, the volumes of the electromechanical active material within the drive actuator are not excited in such a way that the drive interaction area does not come into mechanical contact with the interaction surface. Finally, in the step 256 does not excite the volumes of electromechanical active material within the holding actuator such that the holding interaction area moves along a path opposite the linear engagement path. The process ends at the step 298 ,

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen als einige darstellende Beispiele der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Es sollte verständlich sein, dass Abänderungen, Kombinationen und Änderungen der Erfindung den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben genannten Lehre erscheinen, ohne dass sie vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Insbesondere können unterschiedliche Teillösungen in unterschiedlichen Ausführungsformen mit anderen Konfigurationen, wo es technisch möglich ist, kombiniert werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird jedoch durch die hierzu beigefügten Ansprüche definiert.The embodiments described above should be understood as a few illustrative examples of the present invention. It should be understood that modifications, combinations and alterations of the invention will occur to those of ordinary skill in the art in light of the above teachings without departing from the scope of the present invention. In particular, different partial solutions in different embodiments may be combined with other configurations where technically possible. The scope of the present invention, however, is defined by the claims appended hereto.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6066911 [0003]
US 6337532 [0003, 0035, 0061, 0071, 0072]
US 7067958 [0005, 0038]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Development of compact high precision linear piezoelectric stepping positioner with nanometer accuracy and large travel range" by D. Kang et al. in Review of Scientific Instruments 78, 075112, 2007 [0007]

Claims

A method of driving an electromechanical actuator device, comprising the steps of: - driving ( 210 ) of an article, caused by a drive actuator whose drive interaction region is in mechanical contact with an interaction surface of the object during driving to move the drive interaction region along a drive path region; wherein the drive track region has at least one component along a main direction of movement of the article; - Transfer ( 212 ) a load of the object from the drive actuator to a holding actuator after the step of driving, whereby a deformation of the drive actuator, which is caused by a load of the object, eliminated and the drive interaction area is released from the interaction surface; wherein the step of transmitting at the holding actuator causes a holding interaction region to move along an engagement path to a mechanical contact with the interaction surface; - Withdraw ( 216 ) of the drive actuator after the step of transmitting, thereby causing the drive actuator whose drive interaction region has no mechanical contact with the interaction surface of the object to move the drive interaction region along a retreat path region; wherein the withdrawal web region has at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the article; - retransfer ( 218 ) the load of the object from the holding actuator to the drive actuator after the step of retracting, thereby causing deformation of the drive actuator caused by the load of the object and mechanical contact between the driving interaction area and the interaction area; wherein the step of retransmitting at the holding actuator causes a holding interaction area to move along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface; wherein the drive actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the drive actuator; wherein the holding actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the holding actuator; and - repeat ( 230 ) of the steps of driving, transferring, retracting and retransferring, wherein a stepwise movement of the object in the main direction of movement is generated, characterized in that an active relative movement between the holding interaction area and the drive interaction area vertically ( 214 ) to the main direction of movement during a release period which comprises the total elimination of the deformation of the drive actuator caused by the load of the article and the total release of the drive interaction region from the interaction surface.

A method according to claim 1, characterized in that - the step of retransmitting to the holding actuator causes the holding interaction region to move along a release path, thereby releasing the mechanical contact with the interaction surface; That an active relative movement between the holding interaction area and the drive interaction area is perpendicular ( 220 ) to the main direction of movement during an engagement period comprising the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the object and the total generation of a mechanical contact between the drive interaction area and the interaction area.

A method of driving an electromechanical actuator device, comprising the steps of: - driving ( 210 ) of an article, caused by a drive actuator whose drive interaction region is in mechanical contact with an interaction surface of the object during driving to move the drive interaction region along a drive path region; wherein the drive track region has at least one component along a main direction of movement of the article; - Transfer ( 212 ) a load of the object from the drive actuator to a holding actuator after the step of driving, whereby a deformation of the drive actuator, which is caused by a load of the object, eliminated and the drive interaction area is released from the interaction surface; wherein the step of transmitting at the holding actuator causes a holding interaction region to move along an engagement path to a mechanical contact with the interaction surface; - Withdraw ( 216 ) of the drive actuator after the step of transmitting, thereby causing the drive actuator whose drive interaction region has no mechanical contact with the interaction surface of the object to move the drive interaction region along a retreat path region; wherein the withdrawal web region at least one component in the opposite direction to the main direction of movement of the object; - retransfer ( 218 ) the load of the object from the holding actuator to the drive actuator after the step of retracting, whereby a deformation of the drive actuator caused by the load of the object and a mechanical contact between the drive interaction area and the interaction area is generated; wherein the step of retransmitting at the holding actuator causes a holding interaction area to move along a release path, thereby eliminating mechanical contact with the interaction surface; wherein the drive actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the drive actuator; wherein the holding actuator is caused to move by exciting volumes of the electromechanical active material within the holding actuator; and - repeat ( 230 ) of the steps of driving, transferring, retracting and retransferring, wherein a stepwise movement of the object in the main direction of movement is generated, characterized in that an active relative movement between the holding interaction area and the drive interaction area vertically ( 220 ) to the main direction of movement during an engagement period comprising the total generation of the deformation of the drive actuator caused by the load of the object and the total generation of the mechanical contact between the drive interaction area and the interaction area.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the interaction surface has a direction facing the surface, which is parallel to a surface normal of the interaction surface, which is perpendicular to the main movement direction and which is oriented outwardly from the interaction surface; and at least one track, either: - The engagement path is a linear engagement path, which is aligned in the opposite direction to the surface facing the direction of the interaction surface; or - The release path is a linear release path, which is aligned in the surface facing direction of the drive interaction area.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one path of the engagement track or the release track is arranged perpendicular to the interaction surface of the object.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the excitation of the volumes of electromechanical active material within the drive actuator during at least one of the engagement period or release period is unchanged.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that an entire drive track of the drive interaction area, which comprises at least the drive track area and the return track area, is an at least two-dimensional path.

A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the drive actuator is caused to move by separately exciting two volumes of electromechanical active material within a bimorph structure of the drive actuator.

A method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that two volumes of electromechanical active material are provided with voltage signals having time derivatives of a same absolute magnitude but opposite characters.

The method of any one of claims 7 to 9, characterized by the further step of parking the article with the volumes of electromechanical active material within the drive actuator and the volumes of electromechanical active material within the non-energized holding actuator.

A method according to claim 10, characterized in that the step of parking comprises the following steps in sequence: - holding ( 250 ) of the drive actuator in a required parking position of the object during the step of driving; - Cause ( 252 ) that the holding actuator moves the holding interaction region along the linear engagement path for mechanical contact with the interaction surface, thereby disengaging the drive interaction region from the interaction surface; - non-excite ( 254 ) the volumes of electromechanical active material within the drive actuator such that the drive interaction region does not come into mechanical contact with the interaction surface; and - non-excitement ( 256 ) of the volumes of electromechanical active material within the holding actuator such that the holding interaction area moves along a path opposite to the linear engagement path.

Electromechanical actuator device ( 10 ), comprising: - a drive actuator ( 30 ) with a drive interaction area ( 32 ); A holding actuator ( 40 ) with a holding interaction area ( 42 ); - an object ( 50 ) with an interaction surface ( 52 ) to move in a main direction of movement ( 9 ) to be moved; - wherein the drive actuator ( 30 ) Volume ( 34 . 35 ) of the electro-mechanical active material and electrodes ( 36 . 37 ) for exciting the electromechanical active material to cause geometric changes of the drive actuator ( 30 ) to effect; - wherein the holding actuator ( 40 ) Volume ( 44 ) of the electro-mechanical active material and electrodes ( 46 ) for exciting the electromechanical active material to detect geometric changes of the holding actuator ( 40 ) to effect; - a drive electronics ( 60 ) connected to the electrodes ( 36 . 37 . 46 ) of the drive actuator ( 30 ) and the holding actuator ( 40 ) connected is; - wherein the drive electronics ( 60 ) for providing electrical signals to excite the volume ( 34 . 35 . 44 ) of the electromechanical active material of the drive actuator ( 30 ) and the holding actuator ( 40 ) is arranged; - where the electrical signals are adjusted: - around the object ( 50 ) by driving the drive actuator ( 30 ), the drive interaction area ( 32 ) along a driving track area ( 100 ) while in mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) of the article ( 50 ); the drive track area ( 100 ) at least one component along the main movement direction ( 9 ) having; - a load of the item ( 50 ) from the drive actuator ( 30 ) to the holding actuator ( 40 ) after driving, whereby a deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and the drive interaction area ( 32 ) from the interaction surface ( 52 ) is released; wherein the transmission at the holding actuator ( 40 ) causes the hold interaction area ( 42 ) along an engagement track ( 103 ) to a mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) to move; - around the drive actuator ( 30 ) after being transmitted by an action of the drive actuator ( 30 ), whose drive interaction area ( 32 ) no mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) of the article ( 50 ) to retract the drive interaction area ( 32 ) along a withdrawal track area ( 102 ) to move; the retreat area ( 102 ) at least one component in the opposite direction to the main movement direction ( 9 ) of the article ( 50 ) having; - the load of the object from the holding actuator ( 40 ) to the drive actuator ( 30 ) after retraction, whereby a deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and a mechanical contact between the drive interaction area ( 32 ) and the interaction area ( 52 ) is produced; wherein the retransmission at the holding actuator ( 40 ) causes the hold interaction area ( 42 ) along a release track ( 104 ) in order to ensure mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) to eliminate; - to repeat the propulsion, transmission, retraction and retransmission, whereby a gradual movement of the object ( 50 ) in the main movement direction ( 9 ), characterized in that the electrical signals are further adapted to provide active relative movement between the holding interaction area (12). 42 ) and drive interaction area ( 32 ) during an intervention period perpendicular to the main movement direction ( 9 ), which completely eliminates the deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and the entire release of the drive interaction area ( 32 ) from the interaction surface ( 52 ).

Electromechanical actuator device according to claim 12, characterized in that the electrical signals are further adapted to provide active relative movement between the holding interaction area (11). 42 ) and the drive interaction area ( 32 ) perpendicular to the main direction of movement ( 9 ), during an engagement period which causes the total generation of the deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and the total generation of a mechanical contact between the drive interaction area (FIG. 32 ) and the interaction area ( 52 ).

Electromechanical actuator device ( 10 ), comprising: - a drive actuator ( 30 ) with a drive interaction area ( 32 ); A holding actuator ( 40 ) with a holding interaction area ( 42 ); - an object ( 50 ) with an interaction surface ( 52 ) to move in a main direction of movement ( 9 ) to be moved; - wherein the drive actuator ( 30 ) Volume ( 34 . 35 ) of the electro-mechanical active material and electrodes ( 36 . 37 ) for exciting the electromechanical active material to cause geometric changes of the drive actuator ( 30 ) to effect; - wherein the holding actuator ( 40 ) Volume ( 44 ) of the electro-mechanical active material and electrodes ( 46 ) for exciting the electromechanical active material to detect geometric changes of the holding actuator ( 40 ) to effect; - a drive electronics ( 60 ) connected to the electrodes ( 36 . 37 . 46 ) of the drive actuator ( 30 ) and the holding actuator ( 40 ) connected is; - wherein the drive electronics ( 60 ) for providing electrical signals to excite the volume ( 34 . 35 . 44 ) of the electromechanical active material of the drive actuator ( 30 ) and the holding actuator ( 40 ) is arranged; - where the electrical signals are adjusted: - around the object ( 50 ) by driving the drive actuator ( 30 ), the drive interaction area ( 32 ) along a driving track area ( 100 ) while in mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) of the article ( 50 ); the drive track area ( 100 ) at least one component along the main movement direction ( 9 ) having; - a load of the item ( 50 ) from the drive actuator ( 30 ) to the holding actuator ( 40 ) after driving, whereby a deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and the drive interaction area ( 32 ) from the interaction surface ( 52 ) is released; wherein the transmission at the holding actuator ( 40 ) causes the hold interaction area ( 42 ) along an engagement track ( 103 ) to a mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) to move; - around the drive actuator ( 30 ) after being transmitted by an action of the drive actuator ( 30 ), whose drive interaction area ( 32 ) no mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) of the article ( 50 ) to retract the drive interaction area ( 32 ) along a withdrawal track area ( 102 ) to move; the retreat area ( 102 ) at least one component in the opposite direction to the main movement direction ( 9 ) of the article ( 50 ) having; - the load of the object from the holding actuator ( 40 ) to the drive actuator ( 30 ) after retraction, whereby a deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and a mechanical contact between the drive interaction area ( 32 ) and the interaction area ( 52 ) is produced; wherein the retransmission at the holding actuator ( 40 ) causes the hold interaction area ( 42 ) along a release track ( 104 ) in order to ensure mechanical contact with the interaction surface ( 52 ) to eliminate; - to repeat the propulsion, transmission, retraction and retransmission, whereby a gradual movement of the object ( 50 ) in the main movement direction ( 9 ), characterized in that the electrical signals are further adapted to provide active relative movement between the holding interaction area (12). 42 ) and drive interaction area ( 32 ) during an intervention period perpendicular to the main movement direction ( 9 ), which is the total generation of the deformation of the drive actuator ( 30 ) caused by the burden of the article ( 50 ) and the total generation of a mechanical contact between the drive interaction area (FIG. 32 ) and the interaction area ( 52 ).

Electromechanical actuator device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the drive actuator ( 30 ) Electrodes ( 36 . 37 ) for separately exciting two different volumes ( 34 . 35 ) of the electro-mechanical active material, the two volumes ( 34 . 35 ) in a bimorph structure ( 38 ) are arranged.

Electromechanical actuator device according to claim 15, characterized in that the drive electronics ( 60 ) is arranged to supply voltage signals to the two volumes ( 34 . 35 ) of the electromechanical active material, wherein the voltage signals have time derivatives of the same absolute magnitude, but with opposite characters.