專利名稱：接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電精密旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器采用壓電疊堆為驅(qū)動(dòng)源。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在光學(xué)、電子、航空、航天、機(jī)械制造、機(jī)器人、地震學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)及遺傳工程等技術(shù)領(lǐng)域的研究都迫切需要亞微米級(jí)、納米級(jí)的微位移技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)微/納米級(jí)的微操作。作為微操作系統(tǒng)的核心部件，精密驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展就成為微操作系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前的壓電慣性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，采用非對(duì)稱波形激勵(lì)，形成雙向非對(duì)稱的慣性沖擊力，與固定的摩擦力配合及適當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，通過電路系統(tǒng)的有序控制形成驅(qū)動(dòng)作用，進(jìn)而形成連續(xù)的定向運(yùn)動(dòng)。其中利用壓電元件的快速變形產(chǎn)生慣性沖擊力的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是通過電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，輸出非對(duì)稱電信號(hào)，使壓電元件可以產(chǎn)生快速伸長(zhǎng)、緩慢縮回，或緩慢伸長(zhǎng)、快速縮回的運(yùn)動(dòng)形式，在交替電信號(hào)的作用下，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生宏觀上的單向運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，以解決產(chǎn)生非對(duì)稱波電信號(hào)的控制電路比較復(fù)雜的問題，并用機(jī)械方式改變摩擦力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套7繞軸3幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘接在調(diào)整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一1、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質(zhì)量塊一1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質(zhì)量塊二4構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套(7)上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
本發(fā)明一種實(shí)施方案，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對(duì)稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三9與慣性質(zhì)量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓電疊堆四11與慣性質(zhì)量塊四12粘接。
本發(fā)明一種實(shí)施方案，驅(qū)動(dòng)元件壓電疊堆的控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。
本發(fā)明是在對(duì)稱波的激勵(lì)下，通過控制接觸面和驅(qū)動(dòng)器之間的正壓力，利用壓電慣性驅(qū)動(dòng)器在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上摩擦力矩比較小，非運(yùn)動(dòng)方向摩擦力矩相對(duì)大，使壓電驅(qū)動(dòng)器向摩擦阻力矩小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然這是一種利用正壓力的變化而產(chǎn)生摩擦力偶的差值進(jìn)行工作的壓電慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，是將壓電逆壓電效應(yīng)和摩擦力矩控制有機(jī)結(jié)合形成的驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)為進(jìn)一步在微小型機(jī)械、機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)的應(yīng)用研究建立基礎(chǔ)。
本發(fā)明提出利用對(duì)稱波形電信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆快速伸長(zhǎng)和縮短變形，產(chǎn)生雙向相同的慣性沖擊力，并結(jié)合控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐面之間的摩擦力的變化，形成壓電慣性驅(qū)動(dòng)器，這種慣性驅(qū)動(dòng)器與目前研究的慣性沖擊驅(qū)動(dòng)器的主要區(qū)別是通過利用容易控制對(duì)稱波電信號(hào)產(chǎn)生的對(duì)稱的慣性沖擊力與變化的非對(duì)稱摩擦力的有機(jī)結(jié)合，使驅(qū)動(dòng)器形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此形成運(yùn)動(dòng)的作用方式有本質(zhì)不同。
本發(fā)明旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器是采用單路對(duì)稱波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無電磁干擾，能實(shí)現(xiàn)大行程驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)速度快，并且壓電元件非線性對(duì)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)影響很小。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力分析圖；圖3是本發(fā)明的俯視圖；圖4是本發(fā)明雙向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套7繞軸3幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘接在調(diào)整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一1、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質(zhì)量塊一1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質(zhì)量塊二4構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套7上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
其中驅(qū)動(dòng)元件采用AE0505D16型的壓電疊堆，控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。
本發(fā)明工作時(shí)，慣性沖擊力的大小與慣性塊的質(zhì)量及加速度有關(guān)，壓電疊堆產(chǎn)生快速變形，由于壓電疊堆的安裝位置和地面呈一定角度(由三角塊6調(diào)整)，壓電疊堆振子一、二在水平面的投影方向相反，于是慣性沖擊力的水平分力形成轉(zhuǎn)矩，垂直分力將改變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐面之間的正壓力。
本發(fā)明在對(duì)稱電信號(hào)的激勵(lì)下，壓電疊堆快速伸長(zhǎng)時(shí)，慣性塊產(chǎn)生的慣性驅(qū)動(dòng)力垂直于三角調(diào)整塊斜面向下，如圖2所示，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5產(chǎn)生的慣性沖擊力F，可以分解為水平驅(qū)動(dòng)力F1＝Fsinα和垂直壓力F2＝Fcosα兩部分，慣性驅(qū)動(dòng)沖擊力的水平投影方向相反，形成順時(shí)針驅(qū)動(dòng)力偶矩，垂直壓力使正壓力進(jìn)一步增加，因此，摩擦阻力矩加大，若驅(qū)動(dòng)力偶矩小于或等于摩擦力偶矩，驅(qū)動(dòng)器不動(dòng)，若驅(qū)動(dòng)力偶矩大于摩擦力偶矩，驅(qū)動(dòng)器順時(shí)針走一小步；壓電疊堆快速縮短時(shí)，慣性塊產(chǎn)生的慣性驅(qū)動(dòng)力垂直于三角調(diào)整塊斜面向上的水平分力形成逆時(shí)針力偶矩，垂直分力使正壓力減少，使驅(qū)動(dòng)器逆時(shí)針走一大步，宏觀產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的是由于壓電疊堆粘接在三角塊調(diào)整塊6的斜面上，當(dāng)慣性塊質(zhì)量一定時(shí)，在對(duì)稱電信號(hào)的作用下，慣性沖擊力在垂直方向產(chǎn)生的分力使正壓力的變化，故摩擦力由大到小，由小到大周期性變化，慣性沖擊力在水平方向的分力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力偶矩。利用摩擦力偶矩的差值與旋轉(zhuǎn)力偶矩兩者有序結(jié)合，將使驅(qū)動(dòng)器形成單方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
實(shí)施例2如圖4所示。軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套7繞軸3幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘結(jié)在調(diào)整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一1、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質(zhì)量塊一1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質(zhì)量塊二4構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套7上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°；在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對(duì)稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三9與慣性質(zhì)量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓電疊堆四11與慣性質(zhì)量塊四12粘接。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器在原有的壓電疊堆振子處，相隔90°的位置對(duì)稱反向安裝兩個(gè)壓電疊堆振子，采用兩路信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器將形成雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，軸(3)與驅(qū)動(dòng)器底座(8)固定連接，軸套(7)與底座(8)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套(7)繞軸(3)幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一(2)、壓電疊堆二(5)一端分別粘結(jié)在調(diào)整三角塊(6)斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一(1)、慣性質(zhì)量塊二(4)粘接，壓電疊堆一(2)與慣性質(zhì)量塊一(1)構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二(5)與慣性質(zhì)量塊二(4)構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊(6)與軸套(7)上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對(duì)稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三(9)與慣性質(zhì)量塊三(10)粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓電疊堆四(11)與慣性質(zhì)量塊四(12)粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，壓電疊堆的控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，屬于壓電精密旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。軸與驅(qū)動(dòng)器底座固定連接，軸套與底座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套繞軸幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一、壓電疊堆二一端分別粘結(jié)在調(diào)整三角塊斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一、慣性質(zhì)量塊二粘接，壓電疊堆一與慣性質(zhì)量塊一構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二與慣性質(zhì)量塊二構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊與軸套上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接。本發(fā)明采用單路對(duì)稱波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無電磁干擾，能實(shí)現(xiàn)大行程驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)速度快，并且壓電元件非線性對(duì)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)影響很小。
文檔編號(hào)H02N2/12GK101018025SQ200710055359
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者曾平, 趙宏偉, 程光明, 華順明, 張宏壯, 楊志剛, 王寶鵬 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)