CN111510017A - 一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机 - Google Patents

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柏德恩
沈刚
朱真才
汤裕
李翔
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Abstract

本发明公开了一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，包括压电换能器，压电换能器包括两个通过预紧螺栓连在一起的纵扭转换振子，两个纵扭转换振子之间压紧有法兰盘和若干片压电陶瓷，纵扭转换振子、法兰盘与压电陶瓷之间以及相邻两个压电陶瓷之间均布置有电极片，压电换能器的中心轴线上贯穿有输出轴，输出轴的中部对称适配的滑套轴承，纵扭转换振子远离法兰盘的一端通过四组驱动齿装置适配有转子，输出轴的两端还分别螺纹连接有调节螺母并且调节螺母与同侧的转子之间设有压力弹簧，本电机利用多片压电陶瓷组成的单压电陶瓷叠堆作为动力源激发压电换能器的纵向振动，只需在电极片上施加同一激励电压，控制简单。

Description

一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机
技术领域
本发明涉及煤矿井下特种机器人与超声电机领域，具体涉及一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机。
背景技术
煤矿井下巷道掘进向机器人化方向发展，巷道掘进机器人将替代工人进行煤矿井下巷道掘进作业，巷道掘进机器人系统中自动支护子系统的多自由度机器臂驱动需要液压部件或电磁电机实现，而煤矿井下使用的传统防爆型电机体积大、质量重，直接应用于巷道掘进机器人会影响巷道掘进机器人自动支护作业的动作灵活性，因此亟需开展体积小、质量轻、驱动能力强的驱动部件。超声电机具有功率密度大、结构简单的特点，可用于煤矿井下巷道掘进机器人的关节驱动。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其超声电机利用多片压电陶瓷组成的单压电陶瓷叠堆作为动力源激发压电换能器的纵向振动，只需在电极片上施加同一激励电压，控制简单。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，包括压电换能器7，所述压电换能器7包括两个通过预紧螺栓7-2螺螺纹连接在一起的纵扭转换振子7-1，两个所述纵扭转换振子7-1之间压紧有法兰盘7-5和对称设置在法兰盘7-5两侧的若干片压电陶瓷7-6，纵扭转换振子7-1、法兰盘7-5与压电陶瓷7-6之间以及相邻两个压电陶瓷7-6之间均布置有电极片7-4，法兰盘7-5、压电陶瓷7-6以及电极片7-4均嵌套在预紧螺栓7-2上并通过绝缘套7-3与其进行绝缘处理，所述压电换能器7的中心轴线上贯穿有输出轴1，所述预紧螺栓7-2内设有供所述输出轴1穿过的空心腔，所述输出轴1的中部对称开有两个凹台并且所述凹台上设有与其适配的滑套轴承8，所述滑套轴承8外径与预紧螺栓7-2空心腔内径相同，所述纵扭转换振子7-1远离法兰盘7-5的一端通过四组驱动齿装置适配有转子5，所述输出轴1的两端还分别螺纹连接有调节螺母3并且所述调节螺母3与同侧的转子5之间设有压力弹簧4，所述调节螺母3上还设有控制其位移的紧定螺钉2。
优选地，所述压电陶瓷7-6设置有4片，法兰盘7-5的两侧各设置两片。
优选地，所述纵扭转换振子7-1包括基体7-1-4以及固定在基体7-1-4端部的所述驱动齿装置，所述驱动齿装置包括依次固定在一起的支腿7-1-3、横梁7-1-2以及驱动齿7-1-1。
优选地，所述转子5与所述输出轴1之间设有平键6。
优选地，所述输出轴1上的两个凹台分别位于预紧螺栓7-2空心腔的两侧。
优选地，所述法兰盘的外径大于纵扭转换振子的外径。
优选地，所述电极片的外径大于纵扭转换振子的外径。
优选地，所述紧定螺钉的上端开有十字型槽口。
本发明的有益效果在于：该超声电机利用多片压电陶瓷组成的单压电陶瓷叠堆作为动力源激发压电换能器的纵向振动，只需在电极片上施加同一激励电压即可，本装置控制简单，能够利用单压电陶瓷叠堆实现钻具的回转冲击运动前、后侧的振动能量实现钻具的冲击、回转运动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机结构示意图；
图2为本发明实施例提供的压电换能器结构示意图；
图3为本发明实施例提供的纵扭转换振子结构示意图；
图4为本发明实施例提供的滑套轴承与输出轴连接示意图。
图中，1、输出轴，2、紧定螺钉，3、调节螺母，4、压力弹簧，5、转子，6、平键，7、压电换能器，7-1、纵扭转换振子,7-1-1、驱动齿，7-1-2、横梁，7-1-3、支腿，7-1-4、基体，7-2、预紧螺栓，7-3、绝缘套，7-4、电极片，7-5、法兰盘，7-6、压电陶瓷，8、滑套轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，能够用于机器人的关节驱动，包括模态转换型的压电换能器7，所述压电换能器7包括两个通过预紧螺栓7-2螺螺纹连接在一起的纵扭转换振子7-1，两个所述纵扭转换振子7-1之间压紧有法兰盘7-5和对称设置在法兰盘7-5两侧的4片压电陶瓷7-6，法兰盘7-5的两侧各设置两片；
纵扭转换振子7-1、法兰盘7-5与压电陶瓷7-6之间以及相邻两个压电陶瓷7-6之间均布置有电极片7-4，法兰盘7-5、压电陶瓷7-6以及电极片7-4均嵌套在预紧螺栓7-2上并通过绝缘套7-3与其进行绝缘处理，所述压电换能器7的中心轴线上贯穿有输出轴1，所述预紧螺栓7-2内设有供所述输出轴1穿过的空心腔，所述输出轴1的中部对称开有两个凹台并且所述凹台上设有与其适配的滑套轴承8，所述输出轴1上的两个凹台分别位于预紧螺栓7-2空心腔的两侧；所述滑套轴承8外径与预紧螺栓7-2空心腔内径相同；
参见图3，所述纵扭转换振子7-1远离法兰盘7-5的一端通过四组驱动齿装置适配有转子5，所述转子5与所述输出轴1之间设有平键6；所述驱动齿装置包括依次固定在一起的支腿7-1-3、横梁7-1-2以及驱动齿7-1-1，支腿7-1-3固定在纵扭转换振子7-1的基体7-1-4上，所述输出轴1的两端还分别螺纹连接有调节螺母3并且所述调节螺母3与同侧的转子5之间设有压力弹簧4，所述调节螺母3上还设有控制其位移的紧定螺钉2。
工作原理：在电极片7-4上施加高频的交流电压，当交流电压的频率与模态转换型压电换能器7的一阶纵振频率相同时，模态转换型压电换能器7工作在谐振状态下；在两侧的纵扭转换振子7-1驱动齿7-1-1顶部同时形成椭圆运动轨迹；在两侧驱动齿7-1-1顶部的椭圆运动轨迹和压力弹簧4的共同作用下，左右两端的两个转子5同时绕其自身轴线作回转运动；两个转子5分别通过两个平键6驱动输出轴1作回转运动。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，包括压电换能器(7)，所述压电换能器(7)包括两个通过预紧螺栓(7-2)螺螺纹连接在一起的纵扭转换振子(7-1)，两个所述纵扭转换振子(7-1)之间压紧有法兰盘(7-5)和对称设置在法兰盘(7-5)两侧的若干片压电陶瓷(7-6)，纵扭转换振子(7-1)、法兰盘(7-5)与压电陶瓷(7-6)之间以及相邻两个压电陶瓷(7-6)之间均布置有电极片(7-4)，法兰盘(7-5)、压电陶瓷(7-6)以及电极片(7-4)均嵌套在预紧螺栓(7-2)上并通过绝缘套(7-3)与其进行绝缘处理，所述压电换能器(7)的中心轴线上贯穿有输出轴(1)，所述预紧螺栓(7-2)内设有供所述输出轴(1)穿过的空心腔，所述输出轴(1)的中部对称开有两个凹台并且所述凹台上设有与其适配的滑套轴承(8)，所述滑套轴承(8)外径与预紧螺栓(7-2)空心腔内径相同，所述纵扭转换振子(7-1)远离法兰盘(7-5)的一端通过四组驱动齿装置适配有转子(5)，所述输出轴(1)的两端还分别螺纹连接有调节螺母(3)并且所述调节螺母(3)与同侧的转子(5)之间设有压力弹簧(4)，所述调节螺母(3)上还设有控制其位移的紧定螺钉(2)。
2.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述压电陶瓷(7-6)设置有4片，法兰盘(7-5)的两侧各设置两片。
3.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述纵扭转换振子(7-1)包括基体(7-1-4)以及固定在基体(7-1-4)端部的所述驱动齿装置，所述驱动齿装置包括依次固定在一起的支腿(7-1-3)、横梁(7-1-2)以及驱动齿(7-1-1)。
4.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述转子(5)与所述输出轴(1)之间设有平键(6)。
5.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述输出轴(1)上的两个凹台分别位于预紧螺栓(7-2)空心腔的两侧。
6.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述法兰盘(7-5)的外径大于纵扭转换振子(7-1)的外径。
7.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述电极片(7-4)的外径大于纵扭转换振子(7-1)的外径。
8.如权利要求1所述的一种煤矿井下巷道掘进机器人用模态转换型超声电机，其特征在于，所述紧定螺钉(2)的上端开有十字型槽口。
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