CN103107733A - 一种输出动态微角位移的压电作动器 - Google Patents

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Abstract

一种输出动态微角位移的压电作动器，包括输出杆，分别连接于输出杆两侧上下端的第一簧片和第二簧片，与第一簧片相连第一T形柔性约束端，与第二簧片相连的第二T形柔性约束端，第一T形柔性约束端通过其两侧的第一柔性铰链和第二柔性铰链连接于外部固定框架内，第二T形柔性约束端通过其两侧的第三柔性铰链和第四柔性铰链连接于外部固定框架内，第一压电堆和第二压电堆固定在第一T形柔性约束端和外部固定框架上，第三压电堆和第四压电堆固定在第二T形柔性约束端和外部固定框架上；施加正向电压后，四个压电堆长度增加，推动两个T形柔性约束端向两侧运动，从而向两侧拉动两个簧片导致输出杆绕其对称中心旋转，进而输出微转角；该作动器结构紧凑，体积小，重量轻。

Description

一种输出动态微角位移的压电作动器
技术领域
本发明涉及一种压电作动器，具体涉及一种输出动态微角位移的压电作动器。
背景技术
基于压电材料的作动器已经广泛应用于微电子技术、生物工程、航天工程等领域。具有结构紧凑，控制精度高的特点。但是目前所使用的压电作动器多是只能输出直线位移的作动器。在需要输出微转角的场合，单纯的使用直线作动器存在一定的局限性，限制了压电堆作动器的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出动态微角位移的压电作动器，该作动器结构紧凑，体积小，重量轻，可直接输出高精度微转角。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种输出动态微角位移的压电作动器，包括输出杆5，分别连接于输出杆5两侧上下端的第一簧片6和第二簧片7，与第一簧片6相连第一T形柔性约束端8，与第二簧片7相连的第二T形柔性约束端9，第一T形柔性约束端8通过其两侧的第一柔性铰链10和第二柔性铰链11连接于外部固定框架14内，第二T形柔性约束端9通过其两侧的第三柔性铰链12和第四柔性铰链13连接于外部固定框架14内，第一压电堆1和第二压电堆2固定在第一T形柔性约束端8和外部固定框架14上，第三压电堆3和第四压电堆4固定在第二T形柔性约束端9和外部固定框架15上。
所述压电作动器采用精密慢走丝线切割机床一体化加工而成。
所述第一压电堆1和第二压电堆2对称固定在第一T形柔性约束端8和外部固定框架14上，并且其对称轴与第一簧片6的轴线重合；所述第三压电堆3和第四压电堆4对称固定在第一T形柔性约束端9和外部固定框架15上，并且其对称轴与第二簧片7的轴线重合。
所述第一柔性铰链10和第二柔性铰链11具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线，所述第三柔性铰链12和第四柔性铰链13具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、当向第一压电堆1、第二压电堆2、第三压电堆3和第四压电堆4施加正向电压后，四个压电堆长度增加，推动第一T形柔性约束端8和第一T形柔性约束端9分别向两侧运动，从而向两侧拉动第一簧片6和第二簧片7导致输出杆5绕其对称中心旋转，进而输出微转角。由于使用了柔性铰链将压电堆输出的高精度直线位移转化为微转角，因此该压电作动器具有较高的输出精度，无余隙，生热少，不需要润滑，并且具有结构紧凑，体积小、重量轻的特点；
2、由于该作动器机械结构采用线切割机床一体化加工成型，因此避免了后续装配带来的误差；
3、由于同侧的两只压电堆对称分布于同侧簧片两侧，并且T形约束端两侧的柔性铰链具有相同的结构和尺寸，且两者对称轴共线，因此T形柔性约束端只是沿压电堆输出位移的方向平动，而不会发生转动，从而保证了作动器的控制精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为作动器机械机构对称关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种输出动态微角位移的压电作动器，包括输出杆5，分别连接于输出杆5两侧上下端的第一簧片6和第二簧片7，与第一簧片6相连第一T形柔性约束端8，与第二簧片7相连的第二T形柔性约束端9，第一T形柔性约束端8通过其两侧的第一柔性铰链10和第二柔性铰链11连接于外部固定框架14内，第二T形柔性约束端9通过其两侧的第三柔性铰链12和第四柔性铰链13连接于外部固定框架14内，第一压电堆1和第二压电堆2固定在第一T形柔性约束端8和外部固定框架14上，第三压电堆3和第四压电堆4固定在第二T形柔性约束端9和外部固定框架15上。
优选的，所述压电作动器采用精密慢走丝线切割机床一体化加工而成，避免了后续装配带来的误差。
如图2所示，作为本发明的优选实施例，所述第一压电堆1和第二压电堆2对称固定在第一T形柔性约束端8和外部固定框架14上，并且其对称轴与第一簧片6的轴线重合；所述第三压电堆3和第四压电堆4对称固定在第一T形柔性约束端9和外部固定框架15上，并且其对称轴与第二簧片7的轴线重合。所述第一柔性铰链10和第二柔性铰链11具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线，所述第三柔性铰链12和第四柔性铰链13具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线。因此T形柔性约束端只是沿压电堆输出位移的方向平动，而不会发生转动，从而保证了作动器的控制精度。
本发明的工作原理为：工作时，向第一压电堆1、第二压电堆2、第三压电堆3和第四压电堆4施加正向电压后，四个压电堆长度增加，推动第一T形柔性约束端8和第一T形柔性约束端9分别向两侧运动，从而向两侧拉动第一簧片6和第二簧片7导致输出杆5绕其对称中心旋转，进而输出微转角。由于使用了柔性铰链将压电堆输出的高精度直线位移转化为微转角。

Claims (4)

1.一种输出动态微角位移的压电作动器，其特征在于：包括输出杆（5），分别连接于输出杆（5）两侧上下端的第一簧片（6）和第二簧片（7），与第一簧片（6）相连第一T形柔性约束端（8），与第二簧片（7）相连的第二T形柔性约束端（9），第一T形柔性约束端（8）通过其两侧的第一柔性铰链（10）和第二柔性铰链（11）连接于外部固定框架（14）内，第二T形柔性约束端（9）通过其两侧的第三柔性铰链（12）和第四柔性铰链（13）连接于外部固定框架（14）内，第一压电堆（1）和第二压电堆（2）固定在第一T形柔性约束端（8）和外部固定框架（14）上，第三压电堆（3）和第四压电堆（4）固定在第二T形柔性约束端（9）和外部固定框架（15）上。
2.根据权利要求1所述的一种输出动态微角位移的压电作动器，其特征在于：所述压电作动器采用精密慢走丝线切割机床一体化加工而成。
3.根据权利要求1或2所述的一种输出动态微角位移的压电作动器，其特征在于：所述第一压电堆（1）和第二压电堆（2）对称固定在第一T形柔性约束端（8）和外部固定框架（14）上，并且其对称轴与第一簧片（6）的轴线重合；所述第三压电堆（3）和第四压电堆（4）对称固定在第一T形柔性约束端（9）和外部固定框架（15）上，并且其对称轴与第二簧片（7）的轴线重合。
4.根据权利要求1或2所述的一种输出动态微角位移的压电作动器，其特征在于：所述第一柔性铰链（10）和第二柔性铰链（11）具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线，所述第三柔性铰链（12）和第四柔性铰链（13）具有相同的结构和尺寸，并且两者对称轴共线。
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