CN109995267A - 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 - Google Patents
直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109995267A CN109995267A CN201910331971.7A CN201910331971A CN109995267A CN 109995267 A CN109995267 A CN 109995267A CN 201910331971 A CN201910331971 A CN 201910331971A CN 109995267 A CN109995267 A CN 109995267A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- shearing
- actuator
- pile
- piezoelectric pile
- 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
- 238000010008 shearing Methods 0.000 title claims abstract description 176
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 15
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 97
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000007306 turnover Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
Abstract
一种直线‑剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法，该作动装置包括作动器底座，安装于底座上，能够固定压电陶瓷组的作动器旋转定子，滚动轴承嵌在旋转定子上侧，下部推力球轴承安装在滚动轴承上方，作动器旋转转子限位轴安装在滚动轴承和下部推力球轴承内，安装在作动器旋转转子输出轴上的上部推力球轴承，作动器旋转转子安装在下部推力球轴承和上部推力球轴承之间，安装在上部推力球轴承上方的外壳；本发明还公开了该作动装置的作动方法，采用三足交替并联步进的方式实现转角输出，以剪切压电堆为位移直接输出构件，直线压电堆锁紧，按照一定次序驱动压电陶瓷，能够实现双向大角度旋转驱动；具有输出行程大，输出分辨率高，断电自锁的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过直线和剪切压电陶瓷配合驱动的步进式旋转作动装置，具体为一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的高精度步进式旋转作动装置及其实现方法。
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，也衍生出了品种繁多的压电作动装置，然而受制于压电材料作动行程小的缺点，压电陶瓷作动器难以实现大行程特别是大转角的扭矩输出。因此迫切需要一种结构简单，驱动行程大，分辨率高的步进式旋转作动装置。
发明内容
为了满足上述需求，本发明的目的在于提供一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法，使用三组直线和剪切压电陶瓷组相互配合实现大角度的旋转运动，并且可实现作动器断电锁止功能，具有结构简单，体积小，能够输出大扭矩、大转角的特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置，包括作动器底座1，安装于底座1上，能够固定第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的作动器旋转定子2，滚动轴承6嵌在作动器旋转定子2上侧，下部推力球轴承7安装在滚动轴承6上方，作动器旋转转子8下部的作动器旋转转子限位轴8-1安装在滚动轴承6和下部推力球轴承7内，安装在作动器旋转转子8上部的作动器旋转转子输出轴8-2上的上部推力球轴承9，作动器旋转转子8安装在下部推力球轴承7和上部推力球轴承9之间，所述第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5能够通过摩擦作动器旋转转子8内壁驱动作动器旋转转子8转动，安装在上部推力球轴承9上方的外壳10，作动器旋转转子输出轴8-2顶部伸出外壳10。
所述滚动轴承6能够限制作动器旋转转子8径向移动，所述下部推力球轴承7和上部推力球轴承9能够承受轴向方向载荷，且能限制作动器旋转转子8轴向移动。
所述第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5具有完全相同的几何尺寸；第一压电陶瓷组3包括固定在作动器旋转定子2上的第一直线压电堆3-1，及固定在第一直线压电堆3-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第一剪切压电堆3-2；第二压电陶瓷组4包括固定在作动器旋转定子2上的第二直线压电堆4-1，及固定在第二直线压电堆4-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第二剪切压电堆4-2；第三压电陶瓷组5包括固定在作动器旋转定子2上的第三直线压电堆5-1，及固定在第三直线压电堆5-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第三剪切压电堆5-2；第一直线压电堆3-1、第二直线压电堆4-1和第三直线压电堆5-1能够输出直线位移，能够推动第一剪切压电堆3-2、第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，第一剪切压电堆3-2、第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2能够输出剪切位移，能够推动作动器旋转转子8输出转角位移；当未加电时，第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5与作动器旋转转子8内壁保持摩擦接触，能够钳位约束作动器旋转转子8，具有断电锁止功能。
所述的一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置的作动方法，能够实现双向大角度旋转运动，逆时针作动步骤如下：第一步，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，第一直线压电堆3-1和第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第一剪切压电堆3-2断电产生负向剪切位移，第二剪切压电堆4-2通负电产生负向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通正电产生正向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第三剪切压电堆5-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第三步，换足，第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第二直线压电堆4-1通负电缩短，带动第二剪切压电堆4-2脱离作动器旋转转子8内壁；第四步，作动，第三剪切压电堆5-2断电产生负向剪切位移，第一剪切压电堆3-2通负电产生负向剪切位移，同时第二剪切压电堆4-2通正电产生正向剪切位移，由于第三剪切压电堆5-2和第一剪切压电堆3-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第二剪切压电堆4-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆4-2断电产生负向剪切位移，第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，同时第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，由于第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第一剪切压电堆3-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第七步，换足，第一直线压电堆3-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁；至此作动装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子8在第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子8逆时针大角度旋转作动；
顺时针作动步骤如下：第一步，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，第二直线压电堆4-1和第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第三剪切压电堆5-2断电产生正向剪切位移，第二剪切压电堆4-2通正电产生正向剪切位移，同时第一剪切压电堆3-2通负电产生负向剪切位移，由于第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第一剪切压电堆3-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第三步，换足，第一直线压电堆3-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第二直线压电堆4-1通负电缩短，带动第二剪切压电堆4-2脱离作动器旋转转子8内壁；第四步，作动，第一剪切压电堆3-2断电产生正向剪切位移，第三剪切压电堆5-2通正电产生正向剪切位移，同时第二剪切压电堆4-2通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第二剪切压电堆4-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆4-2断电产生正向剪切位移，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第三剪切压电堆5-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第七步，换足，第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁；至此作动器装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子8在第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子8逆时针大角度旋转作动。
与现有技术相比，本发明具有下述优势：
1、与传统的单纯的电机驱动装置相比，本发明通过压电陶瓷推动驱动，能够实现高精度大扭矩输出。
2、本发明作动器的驱动结构主体具有断电自锁的特点，断电时，三组压电陶瓷组恢复原长，与旋转转子内壁摩擦接触，旋转转子处于钳位状态无法运动，作动器待机功耗低，节能环保。
5、采用三足交替并联步进的方式实现转角输出，以剪切压电堆为位移直接输出构件，直线压电堆锁紧，在充分发挥压电陶瓷作动精度高的基础上实现双向大转角旋转运动。
4、本压电作动装置输出旋转作动过程中，压电陶瓷组所在的旋转定子不发生旋转运动，压电陶瓷的驱动线路不会受到旋转运动的影响，容易实现360°以上的大范围转角输出。
4、本发明所设计的旋转作动器装置旋转转子的轴向运动被推力球轴承限制，径向运动被滚珠轴承限制，因此在输出高精度旋转驱动的同时，可以承载较大的轴向、径向载荷。
附图说明
图1为作动器爆炸示意图。
图2为作动器装配及剖面示意图，其中图2a为作动器装配图，图2b为作动器剖面图。
图3为作动器驱动结构局部示意图，其中图3a为作动器旋转定子与压电陶瓷组装配图，图3b为作动器旋转定子与旋转转子装配图。
图4为三足驱动结构并联分解示意图，其中图4a为作动器三足并联示意图，图4b为作动器三足驱动结构分解图，图4c、图4d、图4e分别为第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组和第三压电陶瓷组示意图。
图5为作动器逆时针作动原理图。
图6为作动器顺时针作动原理图。
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和图2中图2a和图2b所示，本发明一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置，包括作动器底座1，安装于底座1上，能够固定第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的作动器旋转定子2，滚动轴承6嵌在作动器旋转定子2上侧，下部推力球轴承7安装在滚动轴承6上方，作动器旋转转子8下部的作动器旋转转子限位轴8-1安装在滚动轴承6和下部推力球轴承7内，安装在作动器旋转转子8上部的作动器旋转转子输出轴8-2上的上部推力球轴承9，作动器旋转转子8安装在下部推力球轴承7和上部推力球轴承9之间，所述第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5能够通过摩擦作动器旋转转子8内壁驱动作动器旋转转子8转动，安装在上部推力球轴承9上方的外壳10，作动器旋转转子输出轴8-2顶部伸出外壳10。
所述滚动轴承6能够限制作动器旋转转子8径向移动，所述下部推力球轴承7和上部推力球轴承9能够承受轴向方向载荷，且能限制作动器旋转转子8轴向移动；
如图3中图3a和图3b所示，所述第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5能够通过摩擦旋转转子8内壁驱动旋转转子8转动，所述第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5具有完全相同的几何尺寸；第一压电陶瓷组3包括固定在作动器旋转定子2上的第一直线压电堆3-1，及固定在第一直线压电堆3-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第一剪切压电堆3-2；第二压电陶瓷组4包括固定在作动器旋转定子2上的第二直线压电堆4-1，及固定在第二直线压电堆4-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第二剪切压电堆4-2；第三压电陶瓷组5包括固定在作动器旋转定子2上的第三直线压电堆5-1，及固定在第三直线压电堆5-1上且与作动器旋转转子8内壁摩擦接触的第三剪切压电堆5-2；第一直线压电堆3-1、第二直线压电堆4-1和第三直线压电堆5-1能够输出直线位移，能够推动第一剪切压电堆3-2、第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，第一剪切压电堆3-2、第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2能够输出剪切位移，能够推动作动器旋转转子8输出转角位移；当未加电时，第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5与作动器旋转转子8内壁保持摩擦接触，能够钳位约束作动器旋转转子8，具有断电锁止功能。
如图4中图4a、图4b、图4c、图4d、图4e和图5所示，上述直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置的作动方法，能够实现双向大角度旋转运动，结构作动前，所有压电陶瓷组都处于断电状态并于与作动器旋转转子8内壁保持摩擦接触；当作动器旋转转子逆时针旋转(俯视图)时采用如下步骤：第一步，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，第一直线压电堆3-1和第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第一剪切压电堆3-2断电产生负向剪切位移，第二剪切压电堆4-2通负电产生负向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通正电产生正向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第三剪切压电堆5-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第三步，换足，第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第二直线压电堆4-1通负电缩短，带动第二剪切压电堆4-2脱离作动器旋转转子8内壁；第四步，作动，第三剪切压电堆5-2断电产生负向剪切位移，第一剪切压电堆3-2通负电产生负向剪切位移，同时第二剪切压电堆4-2通正电产生正向剪切位移，由于第三剪切压电堆5-2和第一剪切压电堆3-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第二剪切压电堆4-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆4-2断电产生负向剪切位移，第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，同时第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，由于第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第一剪切压电堆3-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第七步，换足，第一直线压电堆3-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁；至此作动装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子8在第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子8逆时针大角度旋转作动；
如图4中图4a、图4b、图4c、图4d、图4e和图6所示，当作动器旋转转子顺时针旋转(俯视图)时采用如下步骤：第一步，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，第二直线压电堆4-1和第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第三剪切压电堆5-2断电产生正向剪切位移，第二剪切压电堆4-2通正电产生正向剪切位移，同时第一剪切压电堆3-2通负电产生负向剪切位移，由于第二剪切压电堆4-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第一剪切压电堆3-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第三步，换足，第一直线压电堆3-1通正电伸长，推动第一剪切压电堆3-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第二直线压电堆4-1通负电缩短，带动第二剪切压电堆4-2脱离作动器旋转转子8内壁；第四步，作动，第一剪切压电堆3-2断电产生正向剪切位移，第三剪切压电堆5-2通正电产生正向剪切位移，同时第二剪切压电堆4-2通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第三剪切压电堆5-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第二剪切压电堆4-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆4-1通正电伸长，推动第二剪切压电堆4-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第三直线压电堆5-1通负电缩短，带动第三剪切压电堆5-2脱离作动器旋转转子8内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆4-2断电产生正向剪切位移，第一剪切压电堆3-2通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆5-2通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆3-2和第二剪切压电堆4-2与作动器旋转转子8内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子8产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子8内壁脱离的第三剪切压电堆5-2，则不会对作动器旋转转子8造成影响；第七步，换足，第三直线压电堆5-1通正电伸长，推动第三剪切压电堆5-2顶紧作动器旋转转子8内壁，第一直线压电堆3-1通负电缩短，带动第一剪切压电堆3-2脱离作动器旋转转子8内壁；至此作动器装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子8在第一压电陶瓷组3、第二压电陶瓷组4和第三压电陶瓷组5的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子8逆时针大角度旋转作动。
Claims (4)
1.一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置，其特征在于：包括作动器底座(1)，安装于底座(1)上，能够固定第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)的作动器旋转定子(2)，滚动轴承(6)嵌在作动器旋转定子(2)上侧，下部推力球轴承(7)安装在滚动轴承(6)上方，作动器旋转转子(8)下部的作动器旋转转子限位轴(8-1)安装在滚动轴承(6)和下部推力球轴承(7)内，安装在作动器旋转转子(8)上部的作动器旋转转子输出轴(8-2)上的上部推力球轴承(9)，作动器旋转转子(8)安装在下部推力球轴承(7)和上部推力球轴承(9)之间，所述第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)能够通过摩擦作动器旋转转子(8)内壁驱动作动器旋转转子(8)转动，安装在上部推力球轴承(9)上方的外壳(10)，作动器旋转转子输出轴(8-2)顶部伸出外壳(10)。
2.根据权利要求1所述的所述一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置，其特征在于：所述滚动轴承(6)能够限制作动器旋转转子(8)径向移动，所述下部推力球轴承(7)和上部推力球轴承(9)能够承受轴向方向载荷，且能限制作动器旋转转子(8)轴向移动。
3.根据权利要求1所述的所述一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置，其特征在于：所述第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)具有完全相同的几何尺寸；第一压电陶瓷组(3)包括固定在作动器旋转定子(2)上的第一直线压电堆(3-1)，及固定在第一直线压电堆(3-1)上且与作动器旋转转子(8)内壁摩擦接触的第一剪切压电堆(3-2)；第二压电陶瓷组(4)包括固定在作动器旋转定子(2)上的第二直线压电堆(4-1)，及固定在第二直线压电堆(4-1)上且与作动器旋转转子(8)内壁摩擦接触的第二剪切压电堆(4-2)；第三压电陶瓷组(5)包括固定在作动器旋转定子(2)上的第三直线压电堆(5-1)，及固定在第三直线压电堆(5-1)上且与作动器旋转转子(8)内壁摩擦接触的第三剪切压电堆(5-2)；第一直线压电堆(3-1)、第二直线压电堆(4-1)和第三直线压电堆(5-1)能够输出直线位移，能够推动第一剪切压电堆(3-2)、第二剪切压电堆(4-2)和第三剪切压电堆(5-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，第一剪切压电堆(3-2)、第二剪切压电堆(4-2)和第三剪切压电堆(5-2)能够输出剪切位移，能够推动作动器旋转转子(8)输出转角位移；当未加电时，第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)与作动器旋转转子(8)内壁保持摩擦接触，能够钳位约束作动器旋转转子(8)，具有断电锁止功能。
4.根据权利要求3所述的一种直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置的作动方法，其特征在于：能够实现双向大角度旋转运动，逆时针作动步骤如下：第一步，第一剪切压电堆(3-2)通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆(5-2)通负电产生负向剪切位移，第一直线压电堆(3-1)和第二直线压电堆(4-1)通正电伸长，推动第一剪切压电堆(3-2)和第二剪切压电堆(4-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第三直线压电堆(5-1)通负电缩短，带动第三剪切压电堆(5-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第一剪切压电堆(3-2)断电产生负向剪切位移，第二剪切压电堆(4-2)通负电产生负向剪切位移，同时第三剪切压电堆(5-2)通正电产生正向剪切位移，由于第一剪切压电堆(3-2)和第二剪切压电堆(4-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子(8)产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8内壁脱离的第三剪切压电堆(5-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第三步，换足，第三直线压电堆(5-1通正电伸长，推动第三剪切压电堆(5-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第二直线压电堆(4-1)通负电缩短，带动第二剪切压电堆(4-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；第四步，作动，第三剪切压电堆(5-2)断电产生负向剪切位移，第一剪切压电堆(3-2)通负电产生负向剪切位移，同时第二剪切压电堆(4-2)通正电产生正向剪切位移，由于第三剪切压电堆(5-2)和第一剪切压电堆(3-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子(8)产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8)内壁脱离的第二剪切压电堆(4-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆(4-1)通正电伸长，推动第二剪切压电堆(4-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第一直线压电堆(3-1)通负电缩短，带动第一剪切压电堆(3-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆(4-2)断电产生负向剪切位移，第三剪切压电堆(5-2)通负电产生负向剪切位移，同时第一剪切压电堆(3-2通正电产生正向剪切位移，由于第二剪切压电堆(4-2和第三剪切压电堆(5-2与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子(8)产生负向位移，即逆时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8)内壁脱离的第一剪切压电堆(3-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第七步，换足，第一直线压电堆(3-1)通正电伸长，推动第一剪切压电堆(3-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第三直线压电堆(5-1)通负电缩短，带动第三剪切压电堆(5-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；至此作动装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子(8)在第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子(8)逆时针大角度旋转作动；
顺时针作动步骤如下：第一步，第一剪切压电堆(3-2)通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆(5-2)通负电产生负向剪切位移，第二直线压电堆(4-1)和第三直线压电堆(5-1)通正电伸长，推动第二剪切压电堆(4-2)和第三剪切压电堆(5-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第一直线压电堆(3-1)通负电缩短，带动第一剪切压电堆(3-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁，这是作动初始状态；第二步，作动，第三剪切压电堆(5-2)断电产生正向剪切位移，第二剪切压电堆(4-2)通正电产生正向剪切位移，同时第一剪切压电堆(3-2)通负电产生负向剪切位移，由于第二剪切压电堆(4-2)和第三剪切压电堆(5-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子(8)产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8)内壁脱离的第一剪切压电堆(3-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第三步，换足，第一直线压电堆(3-1)通正电伸长，推动第一剪切压电堆(3-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第二直线压电堆(4-1)通负电缩短，带动第二剪切压电堆(4-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；第四步，作动，第一剪切压电堆(3-2)断电产生正向剪切位移，第三剪切压电堆(5-2)通正电产生正向剪切位移，同时第二剪切压电堆(4-2)通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆(3-2)和第三剪切压电堆(5-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动旋转转子(8)产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8)内壁脱离的第二剪切压电堆(4-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第五步，换足，第二直线压电堆(4-1)通正电伸长，推动第二剪切压电堆(4-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第三直线压电堆(5-1)通负电缩短，带动第三剪切压电堆(5-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；第六步，作动，第二剪切压电堆(4-2)断电产生正向剪切位移，第一剪切压电堆(3-2)通正电产生正向剪切位移，同时第三剪切压电堆(5-2)通负电产生负向剪切位移，由于第一剪切压电堆(3-2)和第二剪切压电堆(4-2)与作动器旋转转子(8)内壁紧密接触，因此靠摩擦力带动作动器旋转转子(8)产生正向位移，即顺时针转过一微小角度，而与作动器旋转转子(8)内壁脱离的第三剪切压电堆(5-2)，则不会对作动器旋转转子(8)造成影响；第七步，换足，第三直线压电堆(5-1)通正电伸长，推动第三剪切压电堆(5-2)顶紧作动器旋转转子(8)内壁，第一直线压电堆(3-1)通负电缩短，带动第一剪切压电堆(3-2)脱离作动器旋转转子(8)内壁；至此作动器装置恢复到作动初始状态，并且与初始状态相比，作动器旋转转子(8)在第一压电陶瓷组(3)、第二压电陶瓷组(4)和第三压电陶瓷组(5)的交替配合推动下向逆时针方向发生微小角度的转动，循环上述过程即实现作动器旋转转子(8)逆时针大角度旋转作动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910331971.7A CN109995267B (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910331971.7A CN109995267B (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109995267A true CN109995267A (zh) | 2019-07-09 |
| CN109995267B CN109995267B (zh) | 2020-02-11 |
Family
ID=67135028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910331971.7A Active CN109995267B (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109995267B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110957938A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-04-03 | 西安交通大学 | 基于剪切型压电陶瓷的正负双向微位移放大柔性机构及方法 |
| CN116015097A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-04-25 | 睿恩光电有限责任公司 | 压电驱动组件、旋转电机和电子设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN206004555U (zh) * | 2016-09-07 | 2017-03-08 | 四川源鑫瑞科微执行器有限公司 | 行波马达定子组件及设置该行波马达定子组件的马达 |
| CN106887971A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-06-23 | 西安交通大学 | 钳位驱动一体化的压电驱动高精度旋转作动装置及方法 |
| CN107171591A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-15 | 西安交通大学 | 一种基于人字结构的平面三自由度微动装置 |
| CN207677650U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-07-31 | 吉林大学 | 双压电叠堆驱动型精密旋转驱动装置 |
-
2019
- 2019-04-24 CN CN201910331971.7A patent/CN109995267B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN206004555U (zh) * | 2016-09-07 | 2017-03-08 | 四川源鑫瑞科微执行器有限公司 | 行波马达定子组件及设置该行波马达定子组件的马达 |
| CN106887971A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-06-23 | 西安交通大学 | 钳位驱动一体化的压电驱动高精度旋转作动装置及方法 |
| CN107171591A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-15 | 西安交通大学 | 一种基于人字结构的平面三自由度微动装置 |
| CN207677650U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-07-31 | 吉林大学 | 双压电叠堆驱动型精密旋转驱动装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110957938A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-04-03 | 西安交通大学 | 基于剪切型压电陶瓷的正负双向微位移放大柔性机构及方法 |
| CN110957938B (zh) * | 2019-12-09 | 2020-09-15 | 西安交通大学 | 基于剪切型压电陶瓷的正负双向微位移放大柔性机构及方法 |
| CN116015097A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-04-25 | 睿恩光电有限责任公司 | 压电驱动组件、旋转电机和电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109995267B (zh) | 2020-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105490581B (zh) | 含有h型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法 | |
| CN109995267A (zh) | 直线-剪切压电陶瓷配合驱动的步进旋转作动装置及方法 | |
| CN101913150B (zh) | 一种单自由度机器人回转关节模块 | |
| GB2141203A (en) | Electromechanical linear actuator | |
| CN102554910A (zh) | 一种机器人手臂机构 | |
| CN107234632B (zh) | 一种基于差动轮系的节能变刚度弹性关节 | |
| CN104320015A (zh) | 仿生多自由度精密压电驱动装置 | |
| CN106887971B (zh) | 钳位驱动一体化的压电驱动高精度旋转作动装置及方法 | |
| CN102463572A (zh) | 动力切换装置 | |
| CN202957768U (zh) | 基于混合驱动机理的仿生多自由度微纳米级压电驱动器 | |
| CN103471576A (zh) | 一种框架驱动供电一体化组件 | |
| CN102355159A (zh) | 一种共振式直线超声电机及控制方法 | |
| JP3815415B2 (ja) | ２自由度アクチュエータ | |
| CN102751899A (zh) | 微纳米级仿生多自由度驱动装置 | |
| CN106899228B (zh) | 内含光电编码器的旋转式惯性压电作动器及作动方法 | |
| CN214480332U (zh) | 一种差动惯性式压电旋转驱动器 | |
| CN201913647U (zh) | 机器人手臂机构 | |
| WO2019007429A1 (zh) | 机械手 | |
| CN105471315B (zh) | 蠕动驱动式两自由度套筒折展机构 | |
| CN211908633U (zh) | 一种磁力驱动装置 | |
| CN206422649U (zh) | 一种结构紧凑的微型滑台 | |
| CN206361240U (zh) | 一种用于转矩控制的运动转换机构 | |
| CN207753554U (zh) | 一种伺服电动缸系统 | |
| CN102642146A (zh) | 龙门式加工中心刀库atc换刀装置 | |
| CN204190646U (zh) | 仿生多自由度精密压电驱动装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |