CN104362893A - 含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 - Google Patents
含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104362893A CN104362893A CN201410543033.0A CN201410543033A CN104362893A CN 104362893 A CN104362893 A CN 104362893A CN 201410543033 A CN201410543033 A CN 201410543033A CN 104362893 A CN104362893 A CN 104362893A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- angular displacement
- displacement
- angular
- rhombus
- displacement mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 249
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,包括中部菱形位移放大机构,置于中部菱形位移放大机构长轴方向内的压电堆,固定在中部菱形位移放大机构正面的第一角位移机构,固定在中部菱形位移放大机构反面的第二角位移机构,第一角位移机构和第二角位移机构安装在中部菱形位移放大机构短轴方向且结构相同,但第二角位移机构的安装方位为第一角位移机构的安装方位翻转180度后所成;本发明不但能够使得单压电堆的直线微位移转换为角位移输出,并且通过结构多次放大,输出可以利用的角位移,同时具有结构简单,体积小,重量轻的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电作动器,具体涉及一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器。
背景技术
压电作动器因其小体积、大作动力、精密微位移特性,在很多领域都有着广泛的应用,如汽车工程、航天航空等,其输出的位移具有很高的分辨率,在直线微位移控制方面具有优异的特性,但无法直接输出角位移。由于单压电堆输出位移非常小,若通过简单的机械结构将直线微位移转换为微角度,将因输出角位移太小而不能得到很好的应用。
发明内容
为解决上述现有技术问题,本发明的目的在于提供一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,不但能够使得单压电堆的直线微位移转换为角位移输出,并且通过结构多次放大,输出可以利用的角位移,同时具有结构简单,体积小,重量轻的特点。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,包括中部菱形位移放大机构1,置于中部菱形位移放大机构1长轴方向内的压电堆4,固定在中部菱形位移放大机构1正面的第一角位移机构2,固定在中部菱形位移放大机构1反面的第二角位移机构3,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3安装在中部菱形位移放大机构1短轴方向且结构相同,但第二角位移机构3的安装方位为第一角位移机构2的安装方位翻转180度后所成。
所述第一角位移机构2和第二角位移机构3的中间为圆环转盘,圆环转盘上下通过柔性铰链连接两个中心对称的连杆,连杆的两端安装在中部菱形位移放大机构1短轴方向,连杆在横向直线位移的推动下能够使圆环转盘绕其中心转动,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3在两端相同方向的推动下,输出的角位移相反。
所述角位移型压电作动器输出的旋转角度β的表达式为:
压电堆4在长轴Y方向上伸长大小为y的位移,由于中部菱形位移放大机构1的菱形放大原理在短轴X方向上将产生n倍的位移,则第一角位移机构2和第二角位移机构3的上下两根连杆同时向内侧沿短轴平行的方向移动ny/2的位移,由于圆环转盘产生的角位移为小角度,将连杆推动圆环转盘转动的弧度近似于连杆向内侧产生的位移ny/2,则第一角位移机构2的圆环转盘产生的角位移固定第一角位移机构2后中部菱形位移放大机构1将在反作用力下产生-θ的角度,同时第二角位移机构3相对于中部菱形位移放大机构1也产生了-θ的角度,因此最终含二级位移放大结构的角位移型压电作动器输出的角度为即通过调节中部菱形位移放大机构1的放大倍数与第一角位移机构2和第二角位移机构3的半径来得到需要的最大角度。
所述中部菱形位移放大机构1为菱形框架结构,菱形框架结构的短轴方向向外伸出两臂,分别与第一角位移机构2和第二角位移机构3的两端固定。
所述第一角位移机构2和第二角位移机构3均为一体成型,避免了机械间隙。
和现有技术相比,本发明具有如下优点:
1)本发明通过中部菱形位移放大机构1将处于菱形长轴的压电堆4所产生的微位移放大,通过短轴输出成倍放大后的直线位移,此处为第一次放大,由于第一角位移机构2和第二角位移机构3两端与中部菱形位移放大机构1短轴的两端固定,因此也做沿短轴方向的直线运动,从而第一角位移机构2和第二角位移机构3的连杆推动中心的圆环转盘使得圆环转盘绕中心旋转达到了输出旋转角度的目的,如果将第一角位移机构2的圆环转盘固定住,由于相互作用的原理,中部菱形位移放大机构1将绕中心以与第一角位移机构2运动趋势相反的方向转动,同时,第二角位移机构3由于和第一角位移机构2安装方位相反,所以在连杆相同方向的推动时第二角位移机构3的圆环转盘也绕中心以与第一角位移机构2圆环转盘运动趋势相反的方向转动,由于第二角位移机构3固定于中部菱形位移放大机构1,因此在中部菱形位移放大机构1旋转的同时第二角位移机构3相对中部菱形位移放大机构1也在绕中心转动,此处为第二次放大。因此整个作动器不仅解决了压电堆不能直接输出角位移的难题同时由于含二级位移放大结构克服了压电堆输出位移过小,最大也只有几十微米而导致即使可以转变成角位移输出也由于太微小无法很好应用的困难。
2)中部菱形位移放大机构1的放大倍数n与菱形长短轴之比有关,第一角位移机构2中圆环转盘的旋转角度为θ,第二角位移机构3中圆环转盘的旋转角度为-θ,圆环转盘半径为R,压电堆4伸长位移为y,则最终含二级位移放大结构的角位移型压电作动器输出的旋转角度β的表达式为:
即可通过调节中部菱形位移放大机构1的放大倍数与第一角位移机构2和第二角位移机构3的半径来得到需要的最大角度,整个结构紧凑简单,利用三角形放大原理与相互作用的原理设计出合适结构实现了两次多倍数放大,安装使用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中部菱形位移放大机构示意图。
图3为本发明角位移机构示意图。
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,本发明一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,包括中部菱形位移放大机构1,置于中部菱形位移放大机构1长轴方向内的压电堆4,固定在中部菱形位移放大机构1正面的第一角位移机构2,固定在中部菱形位移放大机构1反面的第二角位移机构3,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3安装在中部菱形位移放大机构1短轴方向且结构相同,但第二角位移机构3的安装方位为第一角位移机构2的安装方位翻转180度后所成。
作为本发明的优选实施方式,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3的中间为圆环转盘,圆环转盘上下通过柔性铰链连接两个中心对称的连杆,连杆的两端安装在中部菱形位移放大机构1短轴方向,连杆在横向直线位移的推动下能够使圆环转盘绕其中心转动,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3在两端相同方向的推动下,输出的角位移相反。
作为本发明的优选实施方式,所述中部菱形位移放大机构1为菱形框架结构,菱形框架结构的短轴方向向外伸出两臂,分别与第一角位移机构2和第二角位移机构3的两端固定。
作为本发明的优选实施方式,所述第一角位移机构2和第二角位移机构3均为一体成型,避免了机械间隙。
本发明的工作原理为:通过中部菱形位移放大机构1将处于菱形长轴的压电堆4所产生的微位移放大,通过短轴输出成倍放大后的直线位移,此处为第一次放大,由于第一角位移机构2和第二角位移机构3两端与中部菱形位移放大机构1短轴的两端固定,因此同时也做沿短轴方向的直线运动,从而第一角位移机构2和第二角位移机构3的连杆推动中心的圆环转盘使得圆环转盘绕中心旋转达到了输出角位移的目的,如果将第一角位移机构2的圆环转盘固定住,由于相互作用的原理,中部菱形位移放大机构1将绕中心以与第一角位移机构2相反的方向转动,同时,第二角位移机构3由于和第一角位移机构2安装方位相反,所以在连杆相同方向的推动使第二角位移机构3的圆环转盘也绕中心以与第一角位移机构2圆环转盘旋转方向相反的方向旋转,由于第二角位移机构3固定于中部菱形位移放大机构1,因此在中部菱形位移放大机构1旋转的同时第二角位移机构3相对中部菱形位移放大机构1也在绕中心转动,此处为第二次放大。因此整个作动器不仅解决了压电堆不能直接输出角位移的难题同时由于含二级位移放大结构克服了压电堆输出位移过小,最大也只有几十微米而导致即使可以转变成角位移输出也由于太微小无法很好应用的困难。
中部菱形位移放大机构1的放大倍数n与菱形长短轴之比有关,第一角位移机构2中圆环转盘的旋转角度为θ,第二角位移机构3中圆环转盘的旋转角度为-θ,圆环转盘半径为R,压电堆4伸长位移为y,则最终含二级位移放大结构的角位移型压电作动器输出的旋转角度β的表达式为:
上述公式原理为:压电堆4在长轴Y方向上伸长大小为y的位移,由于中部菱形位移放大机构1的菱形放大原理在短轴X方向上将产生n倍的位移,则第一角位移机构2和第二角位移机构3的上下两根连杆同时向内侧沿短轴平行的方向移动ny/2的位移,由于圆环转盘产生的角位移为小角度,将连杆推动圆环转盘转动的弧度近似于连杆向内侧产生的位移ny/2,则第一角位移机构2的圆环转盘产生的角位移固定第一角位移机构2后中部菱形位移放大机构1将在反作用力下产生-θ的角度,同时第二角位移机构3相对于中部菱形位移放大机构1也产生了-θ的角度,因此最终含二级位移放大结构的角位移型压电作动器输出的角度为即通过调节中部菱形位移放大机构1的放大倍数与第一角位移机构2和第二角位移机构3的半径来得到需要的最大角度。整个结构紧凑简单,利用三角形放大原理与相互作用的原理设计出合适结构实现了两次多倍数放大,安装使用方便。
如图2所示,所述中部菱形位移放大机构1为菱形放大原理,沿短轴两端伸出有利于正反两面与第一角位移机构2和第二角位移机构3的连接固定。
如图3所示,所述角位移机构2,角位移机构3结构相同,只是在安装方位上绕y轴转了180度。
Claims (5)
1.一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,其特征在于:包括中部菱形位移放大机构(1),置于中部菱形位移放大机构(1)长轴方向内的压电堆(4),固定在中部菱形位移放大机构(1)正面的第一角位移机构(2),固定在中部菱形位移放大机构(1)反面的第二角位移机构(3),所述第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)安装在中部菱形位移放大机构(1)短轴方向且结构相同,但第二角位移机构(3)的安装方位为第一角位移机构(2)的安装方位翻转180度后所成。
2.根据权利要求1所述的一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,其特征在于:所述第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)的中间为圆环转盘,圆环转盘上下通过柔性铰链连接两个中心对称的连杆,连杆的两端安装在中部菱形位移放大机构(1)短轴方向,连杆在横向直线位移的推动下能够使圆环转盘绕其中心转动,所述第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)在两端相同方向的推动下,输出的角位移相反。
3.根据权利要求2所述的一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,其特征在于:所述角位移型压电作动器输出的旋转角度β的表达式为:
压电堆(4)在长轴Y方向上伸长大小为y的位移,由于中部菱形位移放大机构(1)的菱形放大原理在短轴X方向上将产生n倍的位移,则第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)的上下两根连杆同时向内侧沿短轴平行的方向移动ny/2的位移,由于圆环转盘产生的角位移为小角度,将连杆推动圆环转盘转动的弧度近似于连杆向内侧产生的位移ny/2,则第一角位移机构(2)的圆环转盘产生的角位移固定第一角位移机构(2)后中部菱形位移放大机构(1)将在反作用力下产生-θ的角度,同时第二角位移机构(3)相对于中部菱形位移放大机构(1)也产生了-θ的角度,因此最终含二级位移放大结构的角位移型压电作动器输出的角度为即通过调节中部菱形位移放大机构(1)的放大倍数与第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)的半径来得到需要的最大角度。
4.根据权利要求1所述的一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,其特征在于:所述中部菱形位移放大机构(1)为菱形框架结构,菱形框架结构的短轴方向向外伸出两臂,分别与第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)的两端固定。
5.根据权利要求1所述的一种含二级位移放大结构的角位移型压电作动器,其特征在于:所述第一角位移机构(2)和第二角位移机构(3)均为一体成型。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410543033.0A CN104362893B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410543033.0A CN104362893B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104362893A true CN104362893A (zh) | 2015-02-18 |
CN104362893B CN104362893B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=52530127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410543033.0A Active CN104362893B (zh) | 2014-10-14 | 2014-10-14 | 含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104362893B (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104821738A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-08-05 | 西安交通大学 | 一种爬树型压电作动器及作动方法 |
CN104901582A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-09 | 西安交通大学 | 基于压电-平行四杆机构的平面行走作动器及行走方法 |
CN105384139A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-09 | 华南农业大学 | 一种压电叠堆型微位移放大机构及其驱动方法 |
CN105429507A (zh) * | 2015-12-12 | 2016-03-23 | 西安交通大学 | 基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法 |
CN105827143A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 菱形斜楔式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 |
CN109302097A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 压电作动器 |
CN110415757A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-05 | 天津大学 | 基于u形铰链和螺旋铰链的xyz三自由度微定位平台 |
CN110470921A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-19 | 上海卫星工程研究所 | 压电作动器输出力迟滞效应测试系统及测试方法 |
CN113630035A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-11-09 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种精密定位和快速响应的旋转驱动装置及方法 |
CN115175074A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-10-11 | 中国矿业大学 | 一种耳膜激振式作动器及助听装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102983777A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-03-20 | 西安交通大学 | 级联放大式可调步长压电作动器 |
CN103107733A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-15 | 西安交通大学 | 一种输出动态微角位移的压电作动器 |
-
2014
- 2014-10-14 CN CN201410543033.0A patent/CN104362893B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102983777A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-03-20 | 西安交通大学 | 级联放大式可调步长压电作动器 |
CN103107733A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-15 | 西安交通大学 | 一种输出动态微角位移的压电作动器 |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104821738A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-08-05 | 西安交通大学 | 一种爬树型压电作动器及作动方法 |
CN104901582B (zh) * | 2015-05-19 | 2017-03-22 | 西安交通大学 | 基于压电‑平行四杆机构的平面行走作动器及行走方法 |
CN104901582A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-09 | 西安交通大学 | 基于压电-平行四杆机构的平面行走作动器及行走方法 |
CN105384139A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-03-09 | 华南农业大学 | 一种压电叠堆型微位移放大机构及其驱动方法 |
CN105429507A (zh) * | 2015-12-12 | 2016-03-23 | 西安交通大学 | 基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法 |
CN105827143B (zh) * | 2016-06-06 | 2017-12-15 | 长春工业大学 | 菱形斜楔式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 |
CN105827143A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 菱形斜楔式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法 |
CN109302097A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-02-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 压电作动器 |
CN109302097B (zh) * | 2018-09-28 | 2020-11-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 压电作动器 |
CN110415757A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-11-05 | 天津大学 | 基于u形铰链和螺旋铰链的xyz三自由度微定位平台 |
CN110470921A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-19 | 上海卫星工程研究所 | 压电作动器输出力迟滞效应测试系统及测试方法 |
CN113630035A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-11-09 | 中国航天空气动力技术研究院 | 一种精密定位和快速响应的旋转驱动装置及方法 |
CN115175074A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-10-11 | 中国矿业大学 | 一种耳膜激振式作动器及助听装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104362893B (zh) | 2015-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104362893B (zh) | 含二级位移放大结构的角位移型压电作动器 | |
Li et al. | Kirigami-based highly stretchable thin film solar cells that are mechanically stable for more than 1000 cycles | |
CN106921309B (zh) | 一种基于菱形环和杠杆原理的平面三级放大机构及方法 | |
CN103021472B (zh) | 平面并联式三自由度精密定位工作台 | |
CN108400722B (zh) | 一种两自由度压电驱动装置及其激励方法 | |
Chen et al. | Synthesis of compliant multistable mechanisms through use of a single bistable mechanism | |
Zhang et al. | A stick-slip/inchworm hybrid rotary piezo motor based on a symmetric triangular driving mechanism | |
CN106981316B (zh) | 一种具有三级放大机构的微位移定位平台 | |
CN103913838A (zh) | 二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法 | |
CN109079766B (zh) | 一种基于柔性放大机构的三自由度运动平台 | |
CN103030103B (zh) | 基于对称变截面柔顺机构的3-prr微动平台 | |
CN203457075U (zh) | 变摩擦式非对称夹持惯性压电旋转驱动器 | |
CN104901582B (zh) | 基于压电‑平行四杆机构的平面行走作动器及行走方法 | |
CN102508347B (zh) | 基于运动学平衡的光学望远镜主镜被动式径向支撑机构 | |
Li et al. | How Do Metal/Graphene Self-Assemble into Core− Shelled Composite Nanostructures? | |
CN205376486U (zh) | 一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置 | |
CN104362890A (zh) | 一种实现双向运动的惯性粘滑式跨尺度精密运动平台 | |
CN107140237B (zh) | 一种多稳态柔顺折展机构 | |
CN105945912A (zh) | 一种移动并联机构 | |
CN103107733A (zh) | 一种输出动态微角位移的压电作动器 | |
CN104796036B (zh) | 一种含三级位移放大结构的压电-活塞式作动装置及方法 | |
CN101786269A (zh) | 微纳传动平台 | |
CN102705461B (zh) | 柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法 | |
CN107404254A (zh) | 一种摩擦力自配合的高对称性旋转压电马达及其控制方法 | |
CN103586863B (zh) | 结构对称型平面三自由度并联微动平台 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |