CN104821738A - 一种爬树型压电作动器及作动方法 - Google Patents

一种爬树型压电作动器及作动方法 Download PDF

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吴成松
徐明龙
朱建阳
张舒文
敬子建
马国亮
武彤晖
邵恕宝
张丰
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Abstract

一种爬树型压电作动器及作动方法，该作动器包括：由上菱形外环、上菱形内环与上压电堆组成的上压电作动器，由菱形环与中压电堆组成的中压电作动器，由下菱形外环、下菱形内环与下压电堆组成的下压电作动器；中压电作动器与上、下压电作动器的菱形内环分别通过螺栓螺母连接；上夹臂与下夹臂，上夹臂与上压电作动器的菱形外环通过螺栓螺母连接，下夹臂与下压电作动器的菱形外环通过螺栓螺母连接；通过上、下压电作动器的作动，驱动上、下夹臂的抱紧与松开，通过中压电作动器的作动，驱动上、下夹臂的上升与下降，通过上、中、下压电作动器的分步作动，实现在杆上的双向爬行与驻足；该作动器在生物工程、光学等需要精确移动位置或定位等领域有广泛应用前景。

Description

一种爬树型压电作动器及作动方法
技术领域
本发明涉及一种压电作动器，具体涉及一种爬树型压电作动器及作动方法。
背景技术
步进式压电作动器由于具有行程大与位移输出分辨率高的优点，在生物工程、光学、航天航空等领域有较大需求。但现有的步进式压电作动器多为内嵌结构，即作动器位于步进通道的内部，导致其对作动器的加工精度有较高要求，且安装不方便。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种爬树型压电作动器及作动方法，通过上、中、下压电作动器的分步作动，实现在杆上的双向爬行与驻足，该作动器结构简单，安装方便，驱动力大，单步作动分辨力高，在生物工程、光学等需要精确移动位置或定位等领域有广泛应用前景。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种爬树型压电作动器，包括由上菱形外环4、设置在上菱形外环4长轴间并与上菱形外环4垂直的上菱形内环5、设置在上菱形内环5长轴间的上压电堆6组成的上压电作动器；由菱形环7与设置在菱形环7长轴间的中压电堆8组成的中压电作动器；由下菱形外环11、设置在下菱形外环11长轴间并与下菱形外环11垂直的下菱形内环9、设置在下菱形内环9长轴间的下压电堆10组成的下压电作动器；所述中压电作动器的菱形环7的上端和下端分别与上压电作动器的上菱形内环5和下压电作动器的下菱形内环9通过螺栓螺母垂直连接；上左夹臂1和上右夹臂2通过上销轴3连接并与上压电作动器的上菱形外环4通过螺栓螺母连接；下左夹臂14和下右夹臂13通过下销轴12连接并与下压电作动器的下菱形外环11通过螺栓螺母连接。
所述上压电堆6、中压电堆8和下压电堆10分别与上菱形内环5、菱形环7和下菱形内环9通过过盈配合连接在一起。
通过对杆15的宽度进行设计，同时设计相应的上左夹臂1和上右夹臂2以及下左夹臂14和下右夹臂13在杆15上的距离来改变上压电作动器和下压电作动器的输出位移的放大倍数，以适应不同宽度杆的要求。
上述所述的一种爬树型压电作动器的作动方法，首先对上压电堆6和下压电堆10同时通电，使上菱形外环4和下菱形外环11的短轴伸长，进而使上左夹臂1和上右夹臂2同时张开以及下左夹臂14和下右夹臂13同时张开，环抱要爬行的杆15，然后对上压电堆6和下压电堆10同时断电锁止，抱紧杆15；上升过程为：下压电作动器的下压电堆10通电，驱动下左夹臂14和下右夹臂13张开，然后中间压电作动器的中压电堆8通电，驱动下左夹臂14和下右夹臂13上升，接着下压电作动器的下压电堆10断电，下左夹臂14和下右夹臂13抱紧杆15，然后上压电作动器的上压电堆6通电，驱动上左夹臂1和上右夹臂2张开，接着中间压电作动器的中压电堆8断电，推动上左夹臂1和上右夹臂2上升，最后上压电作动器的上压电堆6断电，上左夹臂1和上右夹臂2抱紧杆15，完成一步上升运动；下降过程的运动形式与之相反；通过重复上述步骤，在杆15上实现双向大行程作动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
通过菱形内环与菱形外环对压电堆的输出位移进行两级放大；通过对上、下夹臂靠近杆端的宽度进行设计，改变上、下压电作动器的输出位移的放大倍数，以适应不同宽度杆的要求；通过上、下压电作动器的作动，驱动上、下夹臂的抱紧与松开，通过中间压电作动器的作动，驱动上、下夹臂的上升与下降，通过上、中、下压电作动器的分步作动，实现在杆上的双向爬行与驻足。该作动器结构简单，安装方便，驱动力大，单步作动分辨力高，在生物工程、光学等需要精确移动位置或定位等领域有广泛应用前景
附图说明
附图所示为本发明一种爬树型压电作动器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如附图所示，本发明一种爬树型压电作动器，包括由上菱形外环4、设置在上菱形外环4长轴间并与上菱形外环4垂直的上菱形内环5、设置在上菱形内环5长轴间的上压电堆6组成的上压电作动器；由菱形环7与设置在菱形环7长轴间的中压电堆8组成的中压电作动器；由下菱形外环11、设置在下菱形外环11长轴间并与下菱形外环11垂直的下菱形内环9、设置在下菱形内环9长轴间的下压电堆10组成的下压电作动器；所述中压电作动器的菱形环7的上端和下端分别与上压电作动器的上菱形内环5和下压电作动器的下菱形内环9通过螺栓螺母垂直连接；上左夹臂1和上右夹臂2通过上销轴3连接并与上压电作动器的上菱形外环4通过螺栓螺母连接；下左夹臂14和下右夹臂13通过下销轴12连接并与下压电作动器的下菱形外环11通过螺栓螺母连接。
作为本发明的优选实施方式，所述上压电堆6、中压电堆8和下压电堆10分别与上菱形内环5、菱形环7和下菱形内环9通过过盈配合连接在一起，防止压电堆脱落。
通过对杆15的宽度进行设计，同时设计相应的上左夹臂1和上右夹臂2以及下左夹臂14和下右夹臂13在杆15上的距离来改变上压电作动器和下压电作动器的输出位移的放大倍数，以适应不同宽度杆的要求。
如附图所示，本发明的爬树型压电作动器的作动过程为：首先对上压电堆6和下压电堆10同时通电，使上菱形外环4和下菱形外环11的短轴伸长，进而使上左夹臂1和上右夹臂2同时张开以及下左夹臂14和下右夹臂13同时张开，环抱要爬行的杆15，然后对上压电堆6和下压电堆10同时断电锁止，抱紧杆15；上升过程为：下压电作动器的下压电堆10通电，驱动下左夹臂14和下右夹臂13张开，然后中间压电作动器的中压电堆8通电，驱动下左夹臂14和下右夹臂13上升，接着下压电作动器的下压电堆10断电，下左夹臂14和下右夹臂13抱紧杆15，然后上压电作动器的上压电堆6通电，驱动上左夹臂1和上右夹臂2张开，接着中间压电作动器的中压电堆8断电，推动上左夹臂1和上右夹臂2上升，最后上压电作动器的上压电堆6断电，上左夹臂1和上右夹臂2抱紧杆15，完成一步上升运动；下降过程的运动形式与之相反；通过重复上述步骤，在杆15上实现双向大行程作动。该作动器结构简单，安装方便，驱动力大，单步作动分辨力高，在生物工程、光学等需要精确移动位置或定位等领域有广泛应用前景。

Claims (3)

1.一种爬树型压电作动器，其特征在于：包括由上菱形外环(4)、设置在上菱形外环(4)长轴间并与上菱形外环(4)垂直的上菱形内环(5)、设置在上菱形内环(5)长轴间的上压电堆(6)组成的上压电作动器；由菱形环(7)与设置在菱形环(7)长轴间的中压电堆(8)组成的中压电作动器；由下菱形外环(11)、设置在下菱形外环(11)长轴间并与下菱形外环(11)垂直的下菱形内环(9)、设置在下菱形内环(9)长轴间的下压电堆(10)组成的下压电作动器；所述中压电作动器的菱形环(7)的上端和下端分别与上压电作动器的上菱形内环(5)和下压电作动器的下菱形内环(9)通过螺栓螺母垂直连接；上左夹臂(1)和上右夹臂(2)通过上销轴(3)连接并与上压电作动器的菱形外环(4)通过螺栓螺母连接；下左夹臂(14)和下右夹臂(13)通过下销轴(12)连接并与下压电作动器的下菱形外环(11)通过螺栓螺母连接。
2.根据权利要求1所述的一种爬树型压电作动器，其特征在于：所述上压电堆(6)、中压电堆(8)和下压电堆(10)分别与上菱形内环(5)、菱形环(7)和下菱形内环(9)通过过盈配合连接在一起。
3.权利要求1所述的一种爬树型压电作动器的作动方法，其特征在于：首先对上压电堆(6)和下压电堆(10)同时通电，使上菱形外环(4)和下菱形外环(11)的短轴伸长，进而使上左夹臂(1)和上右夹臂(2)同时张开以及下左夹臂(14)和下右夹臂(13)同时张开，环抱要爬行的杆(15)，然后对上压电堆(6)和下压电堆(10)同时断电锁止，抱紧杆(15)；上升过程为：下压电作动器的下压电堆(10)通电，驱动下左夹臂(14)和下右夹臂(13)张开，然后中间压电作动器的中压电堆(8)通电，驱动下左夹臂(14)和下右夹臂(13)上升，接着下压电作动器的下压电堆(10)断电，下左夹臂(14)和下右夹臂(13)抱紧杆(15)，然后上压电作动器的上压电堆(6)通电，驱动上左夹臂(1)和上右夹臂(2)张开，接着中间压电作动器的中压电堆(8)断电，推动上左夹臂(1)和上右夹臂(2)上升，最后上压电作动器的上压电堆(6)断电，上左夹臂(1)和上右夹臂(2)抱紧杆(15)，完成一步上升运动；下降过程的运动形式与之相反；通过重复上述步骤，在杆(15)上实现双向大行程作动。
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