CN111756272A - 一种双输出伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双输出伺服机构，包括一对输出轴以及用以驱动所述输出轴转动的驱动组件，一对所述输出轴套装于所述驱动组件的两端，所述驱动组件由内向外依次包括压电陶瓷、开槽柔性定子、共振体和柔轮，所述压电陶瓷用以通过逆压电效应使得所述开槽柔性定子产生微幅振动，所述共振体用以通过共振原理将所述微幅振动转化为所述柔轮的谐波运动，所述柔轮用以通过所述谐波运动驱动所述输出轴转动。上述双输出伺服机构区别于超声电机中使用摩擦方式带动输出轴转动，该双输出伺服机构不仅通过共振原理将微幅振动放大，而且同时输出两个方向的转动，输出扭矩大，转速低，效率高，应用范围更广。

Description

一种双输出伺服机构

技术领域

本发明涉及电动伺服控制技术领域，特别涉及一种双输出伺服机构。

背景技术

近年来，根据逆压电效应原理发展而来的超声电机，被初步应用于电动舵机方面，具有低转速、响应速度快，无电磁干扰、位置分辨率高，低温特性好等优点。

超声电机本身是一种电机又是一种减速器，输出的扭矩有限，通常利用定子与转子之间的摩擦以将微观振动转换成宏观运动，如转动或直线运动；在应用于导弹、无人机、机器人等时，要达到导弹、无人机等应用需求，需要满足同步双输出、大扭矩、低转速、高精度、小空间等多项要求。

因此，如何能够提供一种满足同步双输出、大扭矩、低转速、高精度、小空间等多项要求的双输出伺服机构是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双输出伺服机构，区别于超声电机中使用摩擦方式带动输出轴转动，该双输出伺服机构不仅通过共振原理将微幅振动放大，而且同时输出两个方向的转动，输出扭矩大，转速低，效率高，应用范围更广。

为实现上述目的，本发明提供一种双输出伺服机构，包括一对输出轴以及用以驱动所述输出轴转动的驱动组件，一对所述输出轴套装于所述驱动组件的两端，所述驱动组件由内向外依次包括压电陶瓷、开槽柔性定子、共振体和柔轮，所述压电陶瓷用以通过逆压电效应使得所述开槽柔性定子产生微幅振动，所述共振体用以通过共振原理将所述微幅振动转化为所述柔轮的谐波运动，所述柔轮用以通过所述谐波运动驱动所述输出轴转动。

优选地，包括设于所述驱动组件内的中心轴，所述中心轴的两端穿出所述驱动组件且分别与一对所述输出轴固定连接，所述中心轴设有用以检测反馈运行参数的传感器集成。

优选地，所述传感器集成包括角度传感器，和/或，速度传感器，和/或，温度传感器。

优选地，包括壳体，所述壳体内设有通过紧固螺钉安装固定的支架，所述输出轴和所述驱动组件通过所述支架安装固定。

优选地，所述壳体内设有位于所述驱动组件两端的挡油片。

优选地，刚性基体设于所述支架，所述压电陶瓷压紧固定于所述刚性基体。

优选地，所述压电陶瓷的数量为偶数。

优选地，还包括控制器，所述控制器可拆卸式安装固定于所述壳体外侧。

优选地，还包括控制器，所述控制器可拆卸式安装固定于所述支架内。

优选地，还包括设于所述壳体的接插件或由所述壳体引出的出线。

相对于上述背景技术，本发明所提供的双输出伺服机构包括一对输出轴和驱动组件，一对输出轴套装于驱动组件的两端，驱动组件驱动一对输出轴转动，驱动组件由内向外依次包括压电陶瓷、开槽柔性定子、共振体和柔轮；该双输出伺服机构通过驱动组件以实现输出轴的驱动转动，通过一对输出轴的转动以实现同时输出两个方向的转动，在驱动组件的驱动原理中，通过压电陶瓷以实现利用逆压电效应使得开槽柔性定子产生微幅振动，通过共振体以实现利用共振原理将开槽柔性定子的微幅振动放大，并使得柔轮产生谐波运动，通过柔轮的谐波运动以实现驱动输出轴转动；该双输出伺服机构区别于超声电机中使用摩擦方式带动输出轴转动，采用共振原理实现微幅振动的放大，该双输出伺服机构可同时输出两个方向的转动，具有输出扭矩大、转速低、效率高和应用范围更广的特点。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明第一种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图；

图2为本发明第二种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图；

图3为本发明第三种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图。

其中：

1-出线、2-壳体、3-端盖、4-中心轴、5-销子、6-轴承、7-输出轴、8-柔轮、9-共振体、10-紧固螺钉、11-开槽柔性定子、12-压电陶瓷、13-刚性基体、14-挡油片、15-支架、16-传感器集成、18-控制器、19-接插件。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明第一种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图，图2为本发明第二种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图，图3为本发明第三种实施例提供的双输出伺服机构的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明提供的双输出伺服机构输出轴7和驱动组件，输出轴7的数量为一对，一对输出轴7套装于驱动组件的两端，通过驱动组件的驱动作用以实现一对输出轴7的转动，进而实现该双输出伺服机构向外同时输出两个方向的转动。

在驱动组件的驱动原理中，区别于现有技术中超声电机使用摩擦方式，该驱动组件采用共振原理实现微幅振动的放大；具体而言，驱动组件由内向外依次包括压电陶瓷12、开槽柔性定子11、共振体9和柔轮8，通过压电陶瓷12产生对称行波运动模拟谐波发生器，从而带动柔轮8产生谐波运动，柔轮8的齿轮通过和刚轮、输出齿轮啮合，从而驱动输出轴7转动。

更具体的，压电陶瓷12的作用在于通过逆压电效应使得开槽柔性定子11产生微幅振动，压电陶瓷12的逆压电效应将电能转换为机械能，使弹性体产生超声频率段(在20kHz以上)的微幅振动；共振体9的作用在于通过共振原理将微幅振动转化为柔轮8的谐波运动，共振体9将微幅振动放大，使得微米级的振幅被放大之后驱动谐波发生器；柔轮8的作用在于通过谐波运动驱动输出轴7转动。

与现有技术中采用超声振动原理的超声电机相比，不同于使用摩擦方式带动输出轴7转动，该双输出伺服机构通过共振原理实现微型振幅放大的目的，同时具有两个输出轴7的双输出效果，输出扭矩大，转速低，效率高，应用范围更广。

该双输出伺服机构可适用于导弹、无人机、机器人等伺服作动系统，尤其适用于小型导弹等，是一种新型的基于超声振动的伺服舵机，省去了传动的伺服电机，能够满足同步双输出、大扭矩、低转速的电动舵机需求；需要强调的是，本发明为基于现有的超声振动原理结合谐波传动的伺服机构进行的改进，改进点包括双输出以及共振体9的共振放大等，至于与现有的超声振动原理结合谐波传动的伺服机构相同的部分，本实施例不再一一赘述，请参照现有技术。

为了更好的技术效果，本实施例中的双输出通过轴连接与内置的传感器集成16组成反馈回路，提高控制精度，满足高功率密度和小安装空间。

具体而言，还包括设于驱动组件内的中心轴4，中心轴4的两端穿出驱动组件且分别与一对输出轴7固定连接，中心轴4设有用以检测反馈运行参数的传感器集成16，传感器集成16的作用在于检测反馈如角度、转速等参数，实现精确控制。

在一种具体的实施方式中，传感器集成16包括角度传感器，和/或，速度传感器，和/或，温度传感器。

示例性的，传感器集成16包括速度传感器、温度传感器和角度传感器或位置传感器；尤其需要强调的是，该双输出伺服机构将各类传感器内置，实现轻量化并降低舵机放大器的使用空间，提高了控制精度，降低了控制成本，节约了宝贵的安装空间，可作为驱动和控制一体化设计；且通过不同类型的传感器实现多种参数的检测反馈，其中，温度传感器的作用在于监测压电陶瓷12，压电陶瓷12工作会发热，通过对其进行监控以提高运行的安全保障，提高控制精度。

在本实施例中，包括壳体2，壳体2内设有通过紧固螺钉10安装固定的支架15，输出轴7和驱动组件通过支架15安装固定，壳体2包裹于上下面，左右面有端盖3与壳体2相连，输出轴7通过轴承6安装与端盖3。

为了更好的技术效果，壳体2内设有位于驱动组件两端的挡油片14；在本实施例中，挡油片14的作用在于阻挡壳体2内的润滑油或润滑脂，防止进入压电陶瓷12等其他部件内。

除此以外，刚性基体13设于支架15，压电陶瓷12压紧固定于刚性基体13。

在本实施例中，支架15通过均布的紧固螺钉10与壳体2固定安装，压电陶瓷12安装在刚性基体13上，通过逆压电效应，使得开槽柔性定子11以中心产生轴对称的行波形式高频微幅振动，该微幅振动不能为普通机械传动所识别，因此采用共振体9引起该行波振动发生共振导致振幅幅值变大，使得该振幅可以转化为机械齿轮传动。

需要说明的是，压电陶瓷12的数量为偶数。

在本实施例中，由于压电陶瓷12振动的特性，采用两组独立的压电陶瓷12或多组(偶数)产生对称耦合行波作为谐波的波发生器，带动柔轮8与输出轴7、壳体齿轮啮合，从而产生大减速比输出，分布左右的输出轴7通过中心轴4和销子5与传感器集成16定位连接同步反馈角度、速度以及内部的温度等，销子5通过输出轴7的螺纹孔基孔压入。

示例性的，两块压电陶瓷12压紧于刚性基体13上，通过调频控制，使得两块压电陶瓷12同步产生行波振动，模拟谐波发生器驱动柔轮8产生谐波，带动啮合的输出齿轮转动，实现大减速比输出。

在第一种具体的实施方式中，该双输出伺服机构与控制器18分体式设置，压电陶瓷12和传感器集成16等的连线由壳体2内以出线1的方式引出，再直接通过出线1或间接通过接插件19与外界相连。

在第二种具体的实施方式中，该双输出伺服机构与控制器18一体化设计，控制器18采用模块化安装，控制器18可拆卸式安装固定于壳体2外侧，有利于单独维护，控制器18外侧增加保护用的罩壳，罩壳设置可与外界相连的接插件19。

在第三种具体的实施方式中，还包括控制器18，控制器18可拆卸式安装固定于支架15内，控制器18与双输出伺服机构一体化设计，控制器18设计安装于支架15内可进一步节约空间，有利于电磁兼容设计。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的双输出伺服机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双输出伺服机构，其特征在于，包括一对输出轴(7)以及用以驱动所述输出轴(7)转动的驱动组件，一对所述输出轴(7)套装于所述驱动组件的两端，所述驱动组件由内向外依次包括压电陶瓷(12)、开槽柔性定子(11)、共振体(9)和柔轮(8)，所述压电陶瓷(12)用以通过逆压电效应使得所述开槽柔性定子(11)产生微幅振动，所述共振体(9)用以通过共振原理将所述微幅振动转化为所述柔轮(8)的谐波运动，所述柔轮(8)用以通过所述谐波运动驱动所述输出轴(7)转动。

2.根据权利要求1所述的双输出伺服机构，其特征在于，包括设于所述驱动组件内的中心轴(4)，所述中心轴(4)的两端穿出所述驱动组件且分别与一对所述输出轴(7)固定连接，所述中心轴(4)设有用以检测反馈运行参数的传感器集成(16)。

3.根据权利要求2所述的双输出伺服机构，其特征在于，所述传感器集成(16)包括角度传感器，和/或，速度传感器，和/或，温度传感器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的双输出伺服机构，其特征在于，包括壳体(2)，所述壳体(2)内设有通过紧固螺钉(10)安装固定的支架(15)，所述输出轴(7)和所述驱动组件通过所述支架(15)安装固定。

5.根据权利要求4所述的双输出伺服机构，其特征在于，所述壳体(2)内设有位于所述驱动组件两端的挡油片(14)。

6.根据权利要求4所述的双输出伺服机构，其特征在于，刚性基体(13)设于所述支架(15)，所述压电陶瓷(12)压紧固定于所述刚性基体(13)。

7.根据权利要求6所述的双输出伺服机构，其特征在于，所述压电陶瓷(12)的数量为偶数。

8.根据权利要求4所述的双输出伺服机构，其特征在于，还包括控制器(18)，所述控制器(18)可拆卸式安装固定于所述壳体(2)外侧。

9.根据权利要求4所述的双输出伺服机构，其特征在于，还包括控制器(18)，所述控制器(18)可拆卸式安装固定于所述支架(15)内。

10.根据权利要求4所述的双输出伺服机构，其特征在于，还包括设于所述壳体(2)的接插件(19)或由所述壳体(2)引出的出线(1)。

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