CN101018025A - 接触面正压力变化式压电旋转驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种接触面正压力变化式压电旋转驱动器，属于压电精密旋转驱动器。轴与驱动器底座固定连接，轴套与底座转动连接，轴套绕轴几何中心转动，压电叠堆一、压电叠堆二一端分别粘结在调整三角块斜表面上、另一端分别与惯性质量块一、惯性质量块二粘接，压电叠堆一与惯性质量块一构成压电叠堆振子一，压电叠堆二与惯性质量块二构成压电叠堆振子二，调整三角块与轴套上的驱动平台固定连接。本发明采用单路对称波信号驱动，驱动电路简单，无电磁干扰，能实现大行程驱动，机械结构简单，运动速度快，并且压电元件非线性对驱动器的运动影响很小。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电精密旋转驱动器，该驱动器采用压电叠堆为驱动源。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，在光学、电子、航空、航天、机械制造、机器人、地震学、生物、医学及遗传工程等技术领域的研究都迫切需要亚微米级、纳米级的微位移技术，从而实现微/纳米级的微操作。作为微操作系统的核心部件，精密驱动器的发展就成为微操作系统发展水平的重要标志。目前的压电惯性驱动机构主要是利用压电元件的逆压电效应，采用非对称波形激励，形成双向非对称的惯性冲击力，与固定的摩擦力配合及适当机械结构的有机结合，通过电路系统的有序控制形成驱动作用，进而形成连续的定向运动。其中利用压电元件的快速变形产生惯性冲击力的驱动机构，是通过电路系统的设计，输出非对称电信号，使压电元件可以产生快速伸长、缓慢缩回，或缓慢伸长、快速缩回的运动形式，在交替电信号的作用下，驱动机构产生宏观上的单向运动。
发明内容
本发明提出一种接触面正压力变化式压电旋转驱动器，以解决产生非对称波电信号的控制电路比较复杂的问题，并用机械方式改变摩擦力。本发明采用的技术方案是：轴3与驱动器底座8固定连接，轴套7与底座8转动连接，轴套7绕轴3几何中心转动，压电叠堆一2、压电叠堆二5一端分别粘接在调整三角块6斜表面上、另一端分别与惯性质量块一1、惯性质量块二4粘接，压电叠堆一2与惯性质量块一1构成压电叠堆振子一，压电叠堆二5与惯性质量块二4构成压电叠堆振子二，调整三角块6与轴套(7)上的驱动平台固定连接，压电叠堆振子一、压电叠堆振子二相隔180°对称配置，反向安装，且与水平面的夹角α相同，该夹角α为30°～60°。
本发明一种实施方案，在与压电叠堆振子一和压电叠堆振子二相隔90°的位置，再分别对称反向安装压电叠堆振子三和压电叠堆振子四，该压电叠堆振子三结构是压电叠堆三9与惯性质量块三10粘接，该压电叠堆振子四结构是压电叠堆四11与惯性质量块四12粘接。
本发明一种实施方案，驱动元件压电叠堆的控制信号为周期性对称波。
本发明是在对称波的激励下，通过控制接触面和驱动器之间的正压力，利用压电惯性驱动器在机构运动方向上摩擦力矩比较小，非运动方向摩擦力矩相对大，使压电驱动器向摩擦阻力矩小的方向转动。显然这是一种利用正压力的变化而产生摩擦力偶的差值进行工作的压电惯性旋转驱动器，是将压电逆压电效应和摩擦力矩控制有机结合形成的驱动装置，同时为进一步在微小型机械、机器人的行走机构等系统的应用研究建立基础。
本发明提出利用对称波形电信号驱动压电叠堆快速伸长和缩短变形，产生双向相同的惯性冲击力，并结合控制驱动机构和支撑面之间的摩擦力的变化，形成压电惯性驱动器，这种惯性驱动器与目前研究的惯性冲击驱动器的主要区别是通过利用容易控制对称波电信号产生的对称的惯性冲击力与变化的非对称摩擦力的有机结合，使驱动器形成旋转运动。因此形成运动的作用方式有本质不同。
本发明旋转驱动器是采用单路对称波信号驱动，驱动电路简单，无电磁干扰，能实现大行程驱动，机械结构简单，运动速度快，并且压电元件非线性对驱动器的运动影响很小。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明旋转驱动机构的受力分析图；
图3是本发明的俯视图；
图4是本发明双向旋转驱动机构示意图。
具体实施方式
实施例1
轴3与驱动器底座8固定连接，轴套7与底座8转动连接，轴套7绕轴3几何中心转动，压电叠堆一2、压电叠堆二5一端分别粘接在调整三角块6斜表面上、另一端分别与惯性质量块一1、惯性质量块二4粘接，压电叠堆一2与惯性质量块一1构成压电叠堆振子一，压电叠堆二5与惯性质量块二4构成压电叠堆振子二，调整三角块6与轴套7上的驱动平台固定连接，压电叠堆振子一、压电叠堆振子二相隔180°对称配置，反向安装，且与水平面的夹角α相同，该夹角α为30°～60°。
其中驱动元件采用AE0505D16型的压电叠堆，控制信号为周期性对称波。
本发明工作时，惯性冲击力的大小与惯性块的质量及加速度有关，压电叠堆产生快速变形，由于压电叠堆的安装位置和地面呈一定角度(由三角块6调整)，压电叠堆振子一、二在水平面的投影方向相反，于是惯性冲击力的水平分力形成转矩，垂直分力将改变驱动机构和支撑面之间的正压力。
本发明在对称电信号的激励下，压电叠堆快速伸长时，惯性块产生的惯性驱动力垂直于三角调整块斜面向下，如图2所示，压电叠堆一2、压电叠堆二5产生的惯性冲击力F，可以分解为水平驱动力F1＝Fsinα和垂直压力F2＝Fcosα两部分，惯性驱动冲击力的水平投影方向相反，形成顺时针驱动力偶矩，垂直压力使正压力进一步增加，因此，摩擦阻力矩加大，若驱动力偶矩小于或等于摩擦力偶矩，驱动器不动，若驱动力偶矩大于摩擦力偶矩，驱动器顺时针走一小步；压电叠堆快速缩短时，惯性块产生的惯性驱动力垂直于三角调整块斜面向上的水平分力形成逆时针力偶矩，垂直分力使正压力减少，使驱动器逆时针走一大步，宏观产生逆时针转动，如图3所示。
本发明的旋转驱动器的是由于压电叠堆粘接在三角块调整块6的斜面上，当惯性块质量一定时，在对称电信号的作用下，惯性冲击力在垂直方向产生的分力使正压力的变化，故摩擦力由大到小，由小到大周期性变化，惯性冲击力在水平方向的分力，产生旋转驱动力偶矩。利用摩擦力偶矩的差值与旋转力偶矩两者有序结合，将使驱动器形成单方向的旋转运动。
实施例2
如图4所示。轴3与驱动器底座8固定连接，轴套7与底座8转动连接，轴套7绕轴3几何中心转动，压电叠堆一2、压电叠堆二5一端分别粘结在调整三角块6斜表面上、另一端分别与惯性质量块一1、惯性质量块二4粘接，压电叠堆一2与惯性质量块一1构成压电叠堆振子一，压电叠堆二5与惯性质量块二4构成压电叠堆振子二，调整三角块6与轴套7上的驱动平台固定连接，压电叠堆振子一、压电叠堆振子二相隔180°对称配置，反向安装，且与水平面的夹角α相同，该夹角α为30°～60°；在与压电叠堆振子一和压电叠堆振子二相隔90°的位置，再分别对称反向安装压电叠堆振子三和压电叠堆振子四，该压电叠堆振子三结构是压电叠堆三9与惯性质量块三10粘接，该压电叠堆振子四结构是压电叠堆四11与惯性质量块四12粘接。
本发明的旋转驱动器在原有的压电叠堆振子处，相隔90°的位置对称反向安装两个压电叠堆振子，采用两路信号驱动，驱动器将形成双向旋转运动。
Claims (3)
1、一种接触面正压力变化式压电旋转驱动器，其特征在于，轴(3)与驱动器底座(8)固定连接，轴套(7)与底座(8)转动连接，轴套(7)绕轴(3)几何中心转动，压电叠堆一(2)、压电叠堆二(5)一端分别粘结在调整三角块(6)斜表面上、另一端分别与惯性质量块一(1)、惯性质量块二(4)粘接，压电叠堆一(2)与惯性质量块一(1)构成压电叠堆振子一，压电叠堆二(5)与惯性质量块二(4)构成压电叠堆振子二，调整三角块(6)与轴套(7)上的驱动平台固定连接，压电叠堆振子一、压电叠堆振子二相隔180°对称配置，反向安装，且与水平面的夹角α相同，该夹角α为30°～60°。
2、根据权利要求1所述的接触面正压力变化式压电旋转驱动器，其特征在于，在与压电叠堆振子一和压电叠堆振子二相隔90°的位置，再分别对称反向安装压电叠堆振子三和压电叠堆振子四，该压电叠堆振子三结构是压电叠堆三(9)与惯性质量块三(10)粘接，该压电叠堆振子四结构是压电叠堆四(11)与惯性质量块四(12)粘接。
3、根据权利要求1或2所述的接触面正压力变化式压电旋转驱动器，其特征在于，压电叠堆的控制信号为周期性对称波。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710055359 CN101018025A (zh) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 接触面正压力变化式压电旋转驱动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 200710055359 CN101018025A (zh) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 接触面正压力变化式压电旋转驱动器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101018025A true CN101018025A (zh) | 2007-08-15 |
Family
ID=38726827
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 200710055359 Pending CN101018025A (zh) | 2007-02-16 | 2007-02-16 | 接触面正压力变化式压电旋转驱动器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101018025A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101850946A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-10-06 | 赵宏伟 | 纳米级精度的表面熨压处理与微纳结构阵列加工平台 |
| CN110707962A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-17 | 广东工业大学 | 一种压电惯性和压电虫蠕混合式旋转驱动器 |
| CN112152557A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-29 | 中国石油大学(华东) | 一种压电驱动的太阳能电池板智能调节装置 |
| CN115603608A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-01-13 | 吉林大学（Cn） | 一种基于惯性驱动的步进式三自由度压电执行器 |
-
2007
- 2007-02-16 CN CN 200710055359 patent/CN101018025A/zh active Pending
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| CN115603608A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-01-13 | 吉林大学（Cn） | 一种基于惯性驱动的步进式三自由度压电执行器 |
| CN115603608B (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-10 | 吉林大学 | 一种基于惯性驱动的步进式三自由度压电执行器 |
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