CN113965102A - 一种压电粘滑驱动型套筒展收机构 - Google Patents

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张铭起
杨会生
黄炜祺
王浩
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Abstract

压电粘滑驱动型套筒展收结构，属于空间展收机构技术领域。为了解决目前已有常规套筒展收机构存在的空间利用率低、结构复杂、展收分辨率低以及机构整体质量较大的问题。本发明包括压电驱动器组、末级套筒、定位螺钉、二级套筒；压电驱动器组包括六个独立的压电驱动器结构，该机构由柔性铰链、压电堆叠、垫片、组合螺钉、弹簧垫圈和基米螺钉组成；每个压电驱动器通过组合螺钉固连在末级套筒壁上，由此将驱动足的末端面与二级套筒的外表面紧密接触；定位螺钉装配在末级套筒上，采用螺纹连接方式与末级套筒配合，通过与二级套筒壁上的凹槽进行配合从而达到其工作目的，既限制了二级套筒与末级套筒的转动自由度，也为套筒的运动提供了导向的作用。本发明用于套筒展收机构的制作。

Description

一种压电粘滑驱动型套筒展收机构
技术领域
本发明涉及一种压电粘滑驱动型套筒展收机构，属于空间展收机构技术领域。
技术背景
空间展收机构在航空航天领域以及工程机械等领域都是最为常用的一种机构，因结构简单，原理清晰且受温度影响相对较小等优势而被广泛应用；展收机构类型很多，例如铰接桁架式、薄壁管式、充气式、盘绕式等，其中套筒式空间展收机构是最为常用的一种；套筒式空间展收机构一般为量级或者多级套筒结构,通过二级套筒相对末级套筒的轴线运动以实现展开动作；目前、套筒展收机构一般采用丝杠螺母总成、绳索滑轮组、电磁电机、减速器、钢丝以及转轮等基本元件组成的复杂系统，以实现展开和收拢的目的，而这些结构普遍存在结构相对复杂、重量大、而且能量损耗大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有套筒展收机构结构相对复杂、占用套筒内部空间较大、能耗高等问题、本发明提供一种压电驱动型套筒展收机构；本发明的压电驱动型套筒展收机构，所述展收机构包括压电驱动器、末级套筒、定位螺钉和二级套筒；所述压电驱动器为六组，包括六个压电堆叠、六个垫片、六个基米螺钉、十二个组合螺钉、十二个弹簧垫圈和六个带驱动足的柔性铰链；压电陶瓷堆叠将通过垫片和基米螺钉装配在带有驱动足的柔性铰链上；每组压电驱动器都是通过螺纹连接的方式装配在末级套筒外壁上的，同时使得驱动足与二级套筒的套筒壁紧密接触；定位螺钉装配在末级套筒上，以限制二级套筒绕末级套筒的转动自由度和对二级套筒的运动行程进行限位；
所述带有驱动足的柔性铰链上的驱动足与二级套筒接触处的曲率等于末级套筒内壁半径和二级套筒外壁半径之间的差值；所述二级套筒与末级套筒同轴心且所述六个压电驱动器在末级套筒外壁上成60°分布；所述定位件与末级套筒之间通过螺纹连接方式连接；
本发明的有益效果在于，本发明在结构的设计上合理的运用了末级套筒壁，使得展收机构的空间利用率较常规的套筒展收机构高很多，且套筒展收机构利用了压电驱动器体积小，力（矩）密度大，分辨率高的优点，可以很好的简化套筒展收机构的驱动装置，进而有效的降低了套筒展收机构的整体重量，并且因其特殊的驱动方式，不需要润滑，相较于传统的套筒驱动装置更适合空间工作环境，同时具有集成度高，能耗低等优点，且加工、装配都十分简便。
附图说明
图1是具体实施方案中压电粘滑驱动型套筒收结构的爆炸图；
图2是具体实施方案中压电驱动器结构的爆炸图；
图3是具体实施方案中压电驱动器结构的立体结构示意图；
图4是具体实施方案中定位螺钉的等轴距图；
图5是具体实施方案中压电粘滑驱动型套筒展收结构展开动作时序图；
图6是具体实施方案中压电粘滑驱动型套筒展收结构收缩动作时序图。
具体实施方法
结合图说明本实施方式，本实施方式所述的压电粘滑驱动型套筒展收结构包括压电驱动器（1）、末级套筒（2）、定位螺钉（3）和二级套筒（4）；
所述压电驱动器（1）包括六个柔性铰链（1-1）、六个压电陶瓷堆叠（1-2）、十二个组合螺钉（1-3）、六个机米螺钉（1-4）、六个垫片（1-5）和十二个弹簧垫圈（1-6）；
压电陶瓷堆叠（1-2）将通过垫片（1-5）和基米螺钉（1-4）装配在柔性铰链（1-1）上；每组压电驱动器（1）都是通过组合螺钉（1-3）和弹簧垫圈(1-6)相配合连接的方式装配在末级套筒（2）外壁上的，通过调节组合螺钉（1-3）和弹簧垫圈（1-6）来调整驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间的预紧力，从而调整驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间的运动过程，同时使得驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）的套筒壁保持接触；定位螺钉（3）装配在末级套筒上（2），限制二级套筒（4）绕末级套筒（2）的转动自由度，以及对二级套筒（4）的运动行程进行限位；
本实施方式中的压电驱动器（1）采用粘滑式工作方式,压电驱动器（1）上的驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）接触；
压电驱动器是一种利用压电陶瓷本身所具有的逆压电效应而作为驱动源的驱动器，它是将电能转换为陶瓷的变形能，而带动驱动足运动；其中粘滑式压电驱动器可通过多组驱动足与动子之间的交换接触和驱动足平行于动子的移动，并经摩擦藕合，带动动子自身的运动。其具有机构整体简单且刚度高、响应速度快、无需变速机构、无电磁干扰等优点；
本实施方式的压电粘滑驱动型套筒展收机构在应用时, 六组压电驱动器（1-1）接收驱动信号，通过控制驱动信号的电压，可以控制陶瓷组的伸长量以及输出力的大小；
套筒展开动作时序：在0~t1阶段，压电驱动器（1）中的压电陶瓷堆叠（1-2）经由电信号驱动缓慢伸长时，此时柔性铰链（1-1）顶端驱动足（1-1-1）与二级套筒(4)之间存在接触，通过静摩擦力使得二级套筒(4)向前展开一段距离；在t1~t2阶段，压电陶瓷堆叠（1-2）迅速失电收缩，在快速收缩的过程中，由于二级套筒(4)存在惯性，此时，驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间的静摩擦将变成滑动摩擦，驱动足（1-1-1）将会回复到初始位置，而二级套筒（4）会向后运动很小的一段距离，通过多次重复上述过程，从而完成套筒机构的展开；
套筒收缩动作时序：在0~t1阶段，压电陶瓷堆叠（1-2）得电后迅速展开，在快速展开的过程中，由于二级套筒（4）处于静止状态，此时，驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间的静摩擦将变成滑动摩擦，驱动足（1-1-1）将会向前伸长小段距离，而二级套筒（4）会向前运动很小的一段距离；在t1~t2阶段，压电陶瓷堆叠（1-2）经由电信号驱动缓慢收缩时，柔性铰链（1-1）顶端驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间存在接触，通过静摩擦力使得二级套筒（4）向后收缩一段距离，通过多次重复上述过程，从而完成套筒机构的展开；
通过上述过程可以实现套筒折展机构的展开或者收回；
本实施方式中，所述压电驱动器（1）中相邻两个压电驱动器的夹角为60度，根据三点确定圆心的原理，并且六点在圆周上均布时,可以使得各个驱动足（1-1-1）在接触外套筒内壁时受力相等。

Claims (5)

1.压电粘滑驱动型套筒展收机构，其特征在于展收机构包括压电驱动器（1）、末级套筒（2）、定位螺钉（3）、二级套筒（4）。
2.根据权利要求书1所述的压电粘滑驱动型套筒展收机构，其特征在于定位螺钉（3）装配在末级套筒上（2），定位螺钉（3）与末级套筒（2）之间通过螺纹连接方式连接,以限制二级套筒（4）绕末级套筒（2）的转动自由度和对二级套筒（4）的运动行程进行限位。
3.根据权利要求书1所述压电驱动器（1）包括柔性铰链（1-1）、压电陶瓷堆叠（1-2）、组合螺钉（1-3）、基米螺钉（1-4）、垫片（1-5）和弹簧垫圈（1-6）；压电陶瓷堆叠（1-2）将通过垫片（1-5）和机米螺钉（1-4）装配在柔性铰链（1-1）上；在正常工作状态下，通过升高压电陶瓷堆叠（1-2）两端的电压，使压电陶瓷堆叠（1-2）纵向伸长带动柔性铰链（1-1）上的驱动足（1-1-1）使其沿纵向运动，通过驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）之间的静摩擦力，带动二级套筒（4）沿纵向运动；通过控制作用在压电陶瓷堆叠（1-2）两端电压的时序，实现展开和收缩功能。
4.根据权利要求书3所述的压电粘滑驱动型套筒展收机构，其特征在于每组压电驱动器（1）都是通过组合螺钉（1-3）和弹簧垫圈(1-6)相配合连接的方式装配在末级套筒（2）外壁上的； 柔性铰链（1-1）上的驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）接触处的曲率等于末级套筒内壁半径和二级套筒外壁半径之间的差值，使得驱动足（1-1-1）与二级套筒（4）的套筒壁紧密接触。
5.根据权利要求书1和3所述的压电粘滑驱动型套筒展收机构，其特征在于所述二级套筒（4）与末级套筒（2）同轴心且所述六个压电驱动器（1-1）在末级套筒（2）外壁上成60°分布。
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