CN104753389B - 含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器及方法 - Google Patents

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Abstract

含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器及方法，该作动器包括轨道，活动套接在轨道之上的轨道架，固定于轨道架上且上端带有柔性铰链的支柱，通过柔性铰链与支柱连接的门形结构横梁，门形结构横梁的一端刚性连接有门形结构刚性臂，另一端通过柔性铰链连接有门形结构作动臂，第一压电堆安装于门形结构横梁与轨道架之间；第二压电堆安装于支柱与门形结构作动臂之间；门形结构刚性臂与轨道间采用过盈配合，门形结构作动臂恰好与轨道接触；本发明还提供了作动方法，交替驱动第一第二压电堆，能够实现轨道与轨道架间的双向直线位移输出，且装置具有断电锁止功能；使用两压电堆实现步进式直线位移输出，具有输出行程大，结构简单紧凑，耗能低的特点。

Description

含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器及方法
技术领域
本发明涉及一种压电步进式作动装置，具体为一种含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器及方法。
背景技术
近年来压电驱动装置不断发展，支持了国防、航天，机械制造等重要工业的发展建设，同时随着使用需求和其他相关技术手段的不断发展，对作动器也提出了更高的要求，迫切需要一种结构简单轻便，驱动行程大，分辨率高，易于控制的直线作动装置。
发明内容
为了满足上述需求，本发明的目的在于提供一种含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器及方法，使用双压电堆实现了直线步进驱动，采用具有过盈配合的门形结构进行锁止，且结构重量轻，体积小，作动步骤简单，所需能耗低。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器，包括轨道1，活动套接在轨道1之上的轨道架2，固定于轨道架2上且上端带有柔性铰链的支柱3，通过所述柔性铰链与支柱3连接的门形结构横梁4，所述门形结构横梁4的一端刚性连接有门形结构刚性臂5，另一端通过柔性铰链6连接有门形结构作动臂7，第一压电堆8安装于门形结构横梁4与轨道架2之间；第二压电堆9安装于支柱3与门形结构作动臂5之间；所述门形结构刚性臂5与轨道1间采用过盈配合，实现作动器的自锁功能，所述门形结构作动臂7恰好与轨道1接触。
通过第一压电堆8的推动转换门形结构刚性臂5和门形结构作动臂7与轨道1之间的锁止形式。
上述所述含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器实现大行程直线步进的方法，能实现双向直线步进驱动；结构初始状态第一压电堆8与第二压电堆9都处于断电状态，依靠门形结构刚性臂5与轨道1之间的过盈配合进行锁止；
推动轨道1向正方向即门形结构刚性臂5方向做动时采用以下步骤：第一步，第二压电堆9通电，由于逆压电效应第二压电堆9伸长，推动门形结构柔性铰链6带动门形结构作动臂7向外产生微小转动；第二步，第一压电堆8通电，由于逆压电效应8伸长，门形结构作动臂7与轨道1接触锁止，门形结构刚性臂5与轨道1脱离接触锁止；第三步，第二压电堆9断电，在第二压电堆9回复原长的过程中，门形结构作动臂7与轨道1之间接触的摩擦力，将带动轨道1向门形结构刚性臂5方向产生微小位移；第四步，第一压电堆8断电，支柱3上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂5与轨道1接触锁止，门形结构作动臂7与轨道1脱离接触锁止；
至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道1向正方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即可实现轨道1的正方向大行程直线步进；
轨道1向反方向即门形结构作动臂7方向做动时采用以下步骤：第一步，第一压电堆8通电，由于逆压电效应8伸长，推动支柱3上的柔性铰链发生偏转，门形结构作动臂7与轨道1接触锁止，门形结构刚性臂5与轨道1脱离接触锁止；第二步，第二压电堆9通电，由于逆压电效应，第二压电堆9伸长，推动门形结构柔性铰链6带动门形结构作动臂7向外产生微小转动，同时在门形结构作动臂7与轨道1之间接触的摩擦力作用下，轨道1随门形结构作动臂7一同向反方向产生微小位移；第三步，第一压电堆8断电恢复原长，支柱3上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂5与轨道1接触锁止，门形结构作动臂7与轨道1脱离接触锁止；第四步，第二压电堆9断电，与门形结构作动臂7相连的柔性铰链复位；
至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道1向反方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即可实现轨道1的反方向大行程直线步进。
与现有技术相比，本发明具有下述优势：
1、使用的轨道1的横截面形式简单灵活，不同于以往将作动装置布置于轨道之中的方案，具有更强的适应性。
2、由于结构形式简洁统一，实际使用时，可以根据需求进行调整，将轨道1或轨道架2其一设置为固定装置，更为灵活。
3、使用双压电堆实现了双向大行程直线位移输出，而以往实现该功能大多需要三压电堆，因此具有作动步骤简练，所需外部指令少的特点。
4、具有断电锁止功能，能在完成作动后可以断开电源，节能环保。
附图说明
附图为本发明作动器的结构示意图。
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。
如附图所示本发明一种含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器，包括轨道1，活动套接在轨道1之上的轨道架2，固定于轨道架2上且上端带有柔性铰链的支柱3，通过所述柔性铰链与支柱3连接的门形结构横梁4，所述门形结构横梁4的一端刚性连接有门形结构刚性臂5，另一端通过柔性铰链6连接有门形结构作动臂7，第一压电堆8安装于门形结构横梁4与轨道架2之间；第二压电堆9安装于支柱3与门形结构作动臂5之间；所述门形结构刚性臂5与轨道1间采用过盈配合，实现作动器的自锁功能，所述门形结构作动臂7恰好与轨道1接触。
如附图所示，本发明含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器实现大行程直线步进的方法，依靠第一压电堆8与第二压电堆9的交替驱动实现轨道1的双向大行程步进直线做动，结构初始状态第一压电堆8与第二压电堆9都处于断电状态，依靠门形结构刚性臂5与轨道1之间的过盈配合进行锁止；推动轨道1向正方向即门形结构刚性臂5方向做动时采用以下步骤：第一步，第二压电堆9通电，由于逆压电效应第二压电堆9伸长，推动门形结构柔性铰链6带动门形结构作动臂7向外产生微小转动；第二步，第一压电堆8通电，由于逆压电效应8伸长，门形结构作动臂7与轨道1接触锁止，门形结构刚性臂5与轨道1脱离接触锁止；第三步，第二压电堆9断电，在第二压电堆9回复原长的过程中，门形结构作动臂7与轨道1之间接触的摩擦力，将带动轨道1向门形结构刚性臂5方向产生微小位移；第四步，第一压电堆8断电，支柱3上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂5与轨道1接触锁止，门形结构作动臂7与轨道1脱离接触锁止；至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道1向正方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即可实现轨道1的正方向大行程直线步进。当该装置以轨道架2为参照物，轨道1向反方向即门形结构作动臂7方向做动时采用以下步骤：第一步，第一压电堆8通电，由于逆压电效应8伸长，推动支柱3上的柔性铰链发生偏转，门形结构作动臂7与轨道1接触锁止，门形结构刚性臂5与轨道1脱离接触锁止；第二步，第二压电堆9通电，由于逆压电效应，第二压电堆9伸长，推动门形结构柔性铰链6带动门形结构作动臂7向外产生微小转动，同时在门形结构作动臂7与轨道1之间接触的摩擦力作用下，轨道1随门形结构作动臂7一同向反方向产生微小位移；第三步，第一压电堆8断电恢复原长，支柱3上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂5与轨道1接触锁止，门形结构作动臂7与轨道1脱离接触锁止；第四步，第二压电堆9断电，与门形结构作动臂7相连的柔性铰链复位；至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道1向反方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即可实现轨道1的反方向大行程直线步进。

Claims (3)

1.含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器，其特征在于：包括轨道(1)，活动套接在轨道(1)之上的轨道架(2)，固定于轨道架(2)上且上端带有柔性铰链的支柱(3)，通过所述柔性铰链与支柱(3)连接的门形结构横梁(4)，所述门形结构横梁(4)的一端刚性连接有门形结构刚性臂(5)，另一端通过柔性铰链(6)连接有门形结构作动臂(7)，第一压电堆(8)安装于门形结构横梁(4)与轨道架(2)之间；第二压电堆(9)安装于支柱(3)与门形结构作动臂(7)之间；所述门形结构刚性臂(5)与轨道(1)间采用过盈配合，实现作动器的自锁功能，所述门形结构作动臂(7)恰好与轨道(1)接触。
2.根据权利要求1所述的含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器，其特征在于：通过第一压电堆(8)推动转换门形结构刚性臂(5)和门形结构作动臂(7)与轨道(1)之间的锁止形式。
3.权利要求1所述含有不对称门形结构的大行程直线步进作动器实现大行程直线步进的方法，其特征在于：能实现双向直线步进驱动；结构初始状态第一压电堆(8)与第二压电堆(9)都处于断电状态，依靠门形结构刚性臂(5)与轨道(1)之间的过盈配合进行锁止；
推动轨道(1)向正方向即门形结构刚性臂(5)方向做动时采用以下步骤：第一步，第二压电堆(9)通电，由于逆压电效应第二压电堆(9)伸长，推动门形结构柔性铰链(6)带动门形结构作动臂(7)向外产生微小转动；第二步，第一压电堆(8)通电，由于逆压电效应伸长，门形结构作动臂(7)与轨道(1)接触锁止，门形结构刚性臂(5)与轨道(1)脱离接触锁止；第三步，第二压电堆(9)断电，在第二压电堆(9)回复原长的过程中，门形结构作动臂(7)与轨道(1)之间接触的摩擦力，将带动轨道(1)向门形结构刚性臂(5)方向产生微小位移；第四步，第一压电堆(8)断电，支柱(3)上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂(5)与轨道(1)接触锁止，门形结构作动臂(7)与轨道(1)脱离接触锁止；
至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道(1)向正方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即实现轨道(1)的正方向大行程直线步进；
轨道(1)向反方向即门形结构作动臂(7)方向做动时采用以下步骤：第一步，第一压电堆(8)通电，由于逆压电效应伸长，推动支柱(3)上的柔性铰链发生偏转，门形结构作动臂(7)与轨道(1)接触锁止，门形结构刚性臂(5)与轨道(1)脱离接触锁止；第二步，第二压电堆(9)通电，由于逆压电效应，第二压电堆(9)伸长，推动门形结构柔性铰链(6)带动门形结构作动臂(7)向外产生微小转动，同时在门形结构作动臂(7)与轨道(1)之间接触的摩擦力作用下，轨道(1)随门形结构作动臂(7)一同向反方向产生微小位移；第三步，第一压电堆(8)断电恢复原长，支柱(3)上的柔性铰链复位，门形结构刚性臂(5)与轨道(1)接触锁止，门形结构作动臂(7)与轨道(1)脱离接触锁止；第四步，第二压电堆(9)断电，与门形结构作动臂(7)相连的柔性铰链复位；
至此作动器恢复到初始状态，并且与初始状态相比轨道(1)向反方向完成了一次步进；循环上述一到四步，即实现轨道(1)的反方向大行程直线步进。
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