CN105897041B - 一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，包括：压电振子、质量块、半弯月形弹性体，其中：所述压电振子由弹性基板和贴在其上下表面的压电薄片材料组成；所述质量块布置在所述压电振子的上表面中心位置；所述半弯月形弹性体为横截面为半弯月形的薄片结构，粘贴在所述压电振子下表面远离中心的位置；所述两个相同的半弯月形弹性体弯曲方向一致；所述压电振子往复弯曲变形提供垂直方向的振动，通过半弯月形弹性体的弹性变形产生水平方向的驱动能力，该装置作为驱动器，主要用于软体机器人、探测救援、生物医疗等领域，具有结构简单、响应速度快、环境适应性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器。
背景技术
随着科学技术的发展，微型驱动技术在超精密机械及其制造、精密测量、生物医疗等学科领域中占据越来越重要的地位，各种形式各异的具有精密驱动、精密定位的新型驱动器被陆续开发出来。而压电陶瓷材料具备的高精度、响应快、驱动力大、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等优点，随着压电元件性能的不断发展提升以及加工技术水平的进步，近年来，由此类元件作为微小驱动的微纳米级精密驱动器越来越受到关注。然而，现有的压电式微型驱动器结构相对复杂，加工困难，成本较高，并且多为刚性结构，工作时驱动器直接与工作平面刚性接触，对工作环境的要求相对较高，因此设计一种结构简单、环境适应性强的微小型驱动器已十分重要。
发明内容
为了解决目前一般的微小型压电驱动器结构复杂、尺寸偏大、环境适应性差的问题，提出了一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，该驱动器由压电振子、质量块、半弯月形弹性体构成，所述压电振子提供垂直方向的激励，通过半弯月形弹性体的弹性变形产生水平方向的驱动能力。本发明与现有的压电驱动器相比，驱动器本身通过弹性体与工作面相接触，避免了刚性接触，对工作面的要求较低，提高了环境适应性和驱动能力，同时还能延长驱动器的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，包括：压电振子、质量块、半弯月形弹性体，其中：所述压电振子由弹性基板和贴在其上下表面的压电薄片材料组成；所述质量块布置在所述压电振子长度方向的中心位置；所述半弯月形弹性体为横截面为半弯月形的薄片结构，由两个半弯月形底面、两个曲率不同的曲面和一个安装平面围成，其中两个曲面相交于一直线，交线即为接触直线；所述安装平面粘贴在所述压电振子的下表面远离中心的位置，远离中心的位置振幅较大；所述接触直线与所述压电振子的宽度方向平行；所述两个相同的半弯月形弹性体弯曲方向一致。
所述压电振子的下表面成对布置有两个半弯月形弹性体，或在所述压电振子的下表面布置多个半弯月形弹性体。
所述压电振子的下表面布置有两个大小相同的半弯月形弹性体，或布置有两个大小不同的半弯月形弹性体。
工作时，将驱动器放置在工作平面上，所述半弯月形弹性体上的接触直线与工作平面接触。在所述压电振子上施加高频交流电压使其发生往复弯曲变形，中间的质量块由于存在较大的惯性力，振动过程中重心基本不变，因此质量块的作用是使压电振子的振幅尽可能从两端输出。当压电振子带动半弯月形弹性体从上极限位置向下运动时，所述半弯月形弹性体受到挤压发生弹性变形，此时由于正压力增大，摩擦力也较大，所述半弯月形弹性体上的接触直线与工作面相接触不会发生滑移，因此与所述半弯月形弹性体上端相连接的压电振子的端部向下振动的同时会产生一个水平方向的正向位移，即由上极限“位置1”运动到下极限“位置2”；当压电振子带动半弯月形弹性体从下极限位置向上运动时，此时正压力突然减小甚至暂时性的消失，所述半弯月形弹性体逐渐恢复原状，在恢复原状的过程中由于摩擦力减小甚至消失，即在向上振动的同时所述半弯月形弹性体上端的安装平面在弹性回复力和摩擦力的共同作用下产生一个微小的逆向位移，所述半弯月形弹性体下端的接触直线发生滑移产生一个总的正向位移，即由下极限“位置2”运动到上极限“位置3”，完成一个工作循环，在此过程中，半弯月形弹性体上与工作平面相接触的接触直线向前运动一个步长，在交变电压作用下，实现定向的步进驱动能力。
附图说明
图1是本发明一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器结构示意图。
图2是本发明一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器的构件及组成。
图3是本发明各零件安装关系示意图。
图4是本发明压电振子振动的示意图。
图5是本发明一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器的运动示意图。
具体实施方式
参照图1、图2、图3、图4和图5，本发明一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器由压电振子1、质量块2、半弯月形弹性体3构成，其中：
所述压电振子1由弹性基板11和贴在其上下表面的压电薄片材料12组成；所述质量块2布置在所述压电振子1长度方向的中心位置；所述半弯月形弹性体3为横截面为半弯月形的薄片结构，由两个半弯月形底面、两个曲率不同的曲面和一个安装平面31围成，其中两个曲面相交于一直线，交线即为接触直线32；所述安装平面31粘贴在所述压电振子1的下表面远离中心的位置；所述接触直线32与所述压电振子1的宽度方向平行；所述两个相同的半弯月形弹性体3弯曲方向一致。
所述压电振子1的下表面成对布置有两个大小相同的半弯月形弹性体3。
工作时，将驱动器放置在工作平面上，所述半弯月形弹性体3上的接触直线32与工作平面接触。在所述压电振子1上施加高频交流电压使其发生往复弯曲变形，通过半弯月形弹性体3的弹性变形产生水平方向的驱动能力。
Claims (3)
1.一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，包括：压电振子(1)和质量块(2)，其特征在于还包括两个半弯月形弹性体(3)，其中：所述压电振子(1)由弹性基板(11)和贴在其上下表面的压电薄片材料(12)组成；所述质量块(2)布置在所述压电振子(1)长度方向的中心位置；所述半弯月形弹性体(3)为横截面为半弯月形的薄片结构，由两个半弯月形底面、两个曲率不同的曲面和一个安装平面(31)围成，其中两个曲面相交于一直线，交线即为接触直线(32)；所述安装平面(31)粘贴在所述压电振子(1)的下表面远离中心的位置；所述接触直线(32)与所述压电振子(1)的宽度方向平行；所述两个相同的半弯月形弹性体(3)弯曲方向一致。
2.根据权利要求1所述的一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，其特征在于：所述压电振子(1)的下表面成对布置有两个半弯月形弹性体(3)，或在所述压电振子(1)的下表面布置多个半弯月形弹性体(3)。
3.根据权利要求1所述的一种具有半弯月形弹性体的定向驱动器，其特征在于：所述压电振子(1)的下表面布置有两个大小相同的半弯月形弹性体(3)，或布置有两个大小不同的半弯月形弹性体(3)。
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