CN114696653B - 一种驱动器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种驱动器及驱动方法，该驱动器包括驱动模块、传动模块、弹性元件、输出轴和底座模块；驱动模块包括压电堆和位移放大机构，位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端；传动模块用于将位移放大机构的直线运动转化为输出轴的旋转运动，包括齿柱、齿盖和齿筒；输出轴的下端穿过底座模块上的支撑轴，并伸出底座模块；输出轴转动安装于底座模块；弹性元件套设在齿筒的下段外侧，并放置于齿筒的上段和底座模块之间；在每个周期性电压信号中，弹性元件均处于压缩状态。本发明可做到小型化，且驱动精度高、输出力矩大及使用寿命长。

Description

一种驱动器及驱动方法

技术领域

本发明属于微型旋转机械动力驱动领域，具体涉及一种驱动器及驱动方法。

背景技术

随着电子信息与机械科学的迅速发展，特别是随着材料学、微电子学、自动控制理论、精密制造技术等学科的不断渗透和融合，社会呈现出多元化和个性化的需求。工业产品不断向着微型化和智能化方向发展，以小型化和微型化成了人们研究的热点问题，并对驱动精度、输出力矩和使用寿命等性能指标提出更高的要求。

现有技术中，因为压电堆施加电信号后将产生线性微形变，所以采用单压电堆作为驱动源的驱动器主要以直线驱动器为主，而单压电堆作为能量转换元件的旋转驱动器目前大都基于惯性冲击原理，通过设计不同形式的位移放大机构，将压电堆的线性微位移转变成放大机构的摆动位移，驱使与放大机构接触并施加一定预紧力的转子产生步进式转动，带动与转子固联的输出轴旋转输出动力矩，实现不同能量形式的转化。但上述驱动器由于放大机构与转子之间为面接触并施加一定的预紧力，长时间工作后接触面会因为摩擦产生损耗，逐渐降低驱动器的旋转精度甚至放大机构与转子之间打滑导致电机堵转。采用惯性冲击原理进行工作的旋转驱动器在控制方面对驱动信号的要求较为严苛，控制系统较为复杂。由此，存在定转子间打滑或堵转引起的磨损严重和驱动精度低、能耗大、输出力矩小、使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动器及驱动方法，可做到小型化，且驱动精度高、驱动力矩大、使用寿命长。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种驱动器，包括：

驱动模块，包括压电堆和位移放大机构，所述压电堆设置在位移放大机构内并通入周期性电压信号；所述位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端；

传动模块，用于将位移放大机构的直线运动转化为所述输出轴的旋转运动，包括齿柱、齿盖和齿筒；所述齿筒的下段套设于底座模块上凸出的支撑轴上；所述底座模块位于齿柱的下方；

所述齿柱的上端面固接于所述位移放大机构的竖直移动端；所述齿柱、齿盖的下端面均开设环形分布的齿槽斜面，所述齿筒的上端面设置轮齿环；在每个周期性电压信号中，所述齿柱与齿筒上轮齿环的外侧啮合，之后齿盖与齿筒上轮齿环的内侧啮合；

所述齿盖套设于齿柱内，并固定于一输出轴的上端；所述输出轴的下端穿过所述底座模块上的支撑轴，并伸出所述底座模块；所述输出轴转动安装于所述底座模块；

弹性元件，套设在所述齿筒的下段外侧，并放置于所述齿筒的上段和底座模块之间；在每个周期性电压信号中，所述弹性元件均处于压缩状态。

优选地，所述位移放大机构包括：

第一柔性铰链单元，包括菱形柔性铰链和第一长板型柔性铰链；其中，所述菱形柔性铰链包括组成所述菱形柔性铰链顶点的两个第一连接块和两个第二连接块；所述第一连接块和第二连接块交错布置；相邻所述第一连接块和第二连接块之间柔性铰接一连接臂；两所述第一连接块，用于传递压电堆产生的伸缩形变以形成所述位移放大机构的水平移动端，两所述第一连接块之间卡设所述压电堆；

第一长板型柔性铰链固接于所述第一连接块的下端，两所述第一长板型柔性铰链之间柔性铰接一用于承接所述压电堆的横梁；

所述第一长板型柔性铰链为Z字型结构，组成Z字型结构的各长板之间为柔性铰接；

及第二柔性铰链单元，与所述第二连接块对应设置，包括第二长板型柔性铰链和台座，所述第二长板型柔性铰链固接于对应的第二连接块外侧面，所述台座的下端面柔性铰接于所述第二长板型柔性铰链的顶端；所述台座固定设置以形成所述位移放大机构的固定端；

所有所述第二长板型柔性铰链、第一长板型柔性铰链形成所述位移放大机构的竖直移动端。

优选地，所述齿柱包括凸台和设置于所述凸台上的圆柱推动手柄；所述圆柱推动手柄形成所述齿柱的上端面；所述凸台为一底面敞开的内部中空结构。

优选地，所述齿筒为凸字型圆筒结构，所述齿筒的上段为一环形结构，用于设置所述轮齿环，所述齿筒的下段为一内部中空的圆柱体，所述齿筒的上段连通齿筒的下段；所述齿筒的上段边缘延伸覆盖所述齿筒的下段，以承接所述弹性元件。

优选地，所述底座模块还包括：

底座，所述底座的上端面开设用于与所述弹性元件配合的环形凹槽，所述环形凹槽围成的区域内设置所述支撑轴，所述支撑轴的上段、底座内均开设轴承座孔，两所述轴承座孔内均安装一与所述输出轴适配的单向轴承；

端盖，固定于所述底座的下端面并连通所述支撑轴；所述输出轴通过所述端盖伸出所述底座。

优选地，所述输出轴的上端设置轴肩，所述轴肩的下端面抵住安放于所述支撑轴上端的单向轴承内圈，所述输出轴的下段开设环形定位凹槽，定位凹槽上安装弹性挡圈；所述弹性挡圈压紧固定于所述底座内单向轴承的内圈。

优选地，进一步包括上盖，所述上盖的下端面设置一对平行的立板和凹槽，一对所述立板用于限定压电堆侧向移动，一对所述立板之间形成容纳所述压电堆的空间，所述立板平行于压电堆的伸缩形变方向；所述凹槽与所述位移放大机构的台座配合；所述上盖上开设用于引入信号线的穿线孔。

优选地，进一步包括壳体，所述壳体套设在所述驱动模块、传动模块和弹性元件的外侧；所述壳体固定于上盖和底座模块之间。

一种驱动器驱动方法，基于所述的驱动器，包括以下步骤：

S1: 初始状态时，传动模块中的齿柱下端面的齿槽斜面与齿筒上端面的齿顶接触，齿盖下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶接触；

通入周期性方波高电平信号至压电堆，压电堆轴向产生伸形变，伸形变经与压电堆卡设的位移放大机构放大后，推动传动模块中齿柱向下运动，齿柱下端面的齿槽斜面通过推动齿筒上端面的齿顶使齿筒沿底座上的支撑轴向下运动，齿筒压缩与齿筒接触的弹性元件，当齿筒上端面的轮齿滑出齿盖下端面的齿槽顶后，在齿柱继续向下推动齿筒运动的过程中，在弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿沿着齿柱下端面的齿槽斜面滑到齿柱的齿槽根，齿筒产生转动；

S2: 电信号变为周期性方波低电平信号，压电堆恢复初始状态，位移放大机构复位，带动传动模块中齿柱向上复位，齿柱下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶脱开，在下方弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿压紧在齿盖下端面的下一个相邻齿槽斜面上并向上滑动，以实现齿筒推动齿盖绕齿盖自身轴线转动，带动输出轴旋转，输出轴输出力矩；

S3:当位移放大机构复位至初始状态时，重复步骤S1~ S2，以实现齿盖连续旋转，从而带动输出轴连续转动以输出力矩。

优选地，在步骤S1中，位移放大机构推动传动模块中齿柱向下运动的具体步骤包括：

压电堆轴向产生伸形变后，与压电堆接触的两个第一连接块之间远离；

由于横梁两端柔性连接两个第一长板型柔性铰链，与第一连接块固接的每个第一长板型柔性铰链均向位移放大机构的内部靠近，由于第一长板型柔性铰链内部为柔性连接，在第一长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中推动传动模块中齿柱向下运动；

两个第一连接块带动整个菱形柔性铰链两个第二连接块相互靠近，由于第二长板型柔性铰链内部为柔性连接，在第二长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中也推动传动模块中齿柱向下运动。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）仅通过驱动模块、传动模块、底座组件、输出轴和弹性元件，通入的周期性方波信号各个周期内，传动模块中齿柱、齿筒和齿盖三者为端面圆周方向同侧齿槽斜面同时多对齿交替啮合驱动，结构可以小型化。相对于现有的驱动装置与旋转装置之间的面与面接触摩擦驱动来说，受接触面加工精度（平面度、粗糙度）和装配误差的影响，两接触面易打滑，传递动力小。本驱动器基于多对齿啮合的原理提供动力矩，受接触面加工精度（平面度、粗糙度）和装配误差影响较小，啮合对数多提供动力大，且不存在打滑现象。连续通入周期性信号可实现齿盖的连续无滞后的旋转，带动输出轴连续转动以输出力矩。由此实现大驱动力矩、高驱动精度且能小型化。

（2）该驱动器改变现有的驱动装置与旋转装置之间的摩擦驱动为齿与齿的啮合驱动，单对齿受力小，摩擦损耗小，结构和控制系统简单，断电即停止，具有响应速度快、能耗低、重量轻、使用寿命长、易于控制等优点。

附图说明

图1（a）为本发明一实施例的驱动器的整体结构图;

图1（b）为驱动器内部结构装配图;

图2（a）为驱动模块装配图；

图2（b）为第一柔性铰链单元结构图；

图2（c）第一柔性铰链单元的主视图；

图2（d）第二柔性铰链单元结构图；

图3（a）为传动模块装配图；

图3（b）为齿柱的结构图；

图3（c）为齿盖的结构图；

图3（d）为齿筒的结构图；

图4（a）为底座模块的装配图；

图4（b）为底座模块的仰视图；

图4（c）为底座的结构图；

图4（d）为端盖的俯视图；

图5为壳体的结构图；

图6（a）为上盖的一立体图；

图6（b）为上盖的仰视图；

图7为输出轴的结构图；

图8（a）为驱动器通入周期性方波高电平信号时传动模块啮合状态图；

图8（b）为图8（a）中传动模块啮合状态放大图；

图9 （a）为驱动器通入周期性方波低电平信号时传动模块啮合状态图；

图9（b）为图9（a）中传动模块啮合状态放大图；

图10 为驱动器施加周期性方波信号原理图；

图11为菱形柔性铰链处的一柔性铰接结构图。

其中，1-驱动模块，11-压电堆，12-位移放大机构，121-菱形柔性铰链，1211-第一连接块，1212-连接臂，1213-第二连接块，1214-横梁，122-第一长板型柔性铰链，123-第二长板型柔性铰链，124-弹性垫圈，125-第一螺钉，2-传动模块，21-齿柱，22-齿筒，23-齿盖，3-底座模块，31-底座，311-环形凹槽，32-单向轴承；312-支撑轴，33-端盖，34-第二螺钉，4-壳体，5-上盖，51-立板，52-第一螺钉孔，53-穿线孔，54-凹槽，55-第二螺钉孔，6-输出轴，61-轴肩，62-定位凹槽，7-弹性元件。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1（a）~图1（b）所示，一种驱动器，包括驱动模块1、传动模块2、底座组件3、壳体4、上盖5、输出轴6和弹性元件7。在本实施例中，弹性元件7为一支撑弹簧。

驱动模块1与传动模块2通过第一螺钉125和弹性垫圈124固联在一起，将驱动模块1中的往复直线运动通过传动模块2中齿柱21和齿筒22、齿盖23和齿筒22两两之间的交替啮合，转化为输出轴6的旋转运动，实现不同运动形式的转换。

驱动模块1，图2（a）~（d）所示，包括压电堆11和位移放大机构12。压电堆11设置在位移放大机构12内并通入周期性方波电压信号；位移放大机构12包括随压电堆11的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆11静止的固定端、随压电堆11的伸缩形变而上下移动的竖直移动端。具体的，压电堆11横卧于位移放大机构12的横梁1214上，与位移放大机构12接触的两端面（第一连接块）过盈配合，将压电堆11工作时产生的微形变传与位移放大机构12。

位移放大机构12，设有横向和纵向均能放大的空间柔性铰链结构（其工作原理可由现有技术中获知），包括第一柔性铰链单元和第二柔性铰链单元。位移放大元件12底部与传动模块2中齿柱21上端圆柱推动手柄相固联，对压电堆11微形变（伸缩形变）进行两个方向放大，驱动传动模块2实现往复直线运动。其中，纵向即沿压电堆的微变形的方向，横向指垂直于压电堆的微变形的方向。

第一柔性铰链单元，包括菱形柔性铰链121、第一长板型柔性铰链122和横梁1214。即第一柔性铰链单元上端为横向放置的菱形柔性铰链121，下端为与菱形柔性铰链121固定连接的第一长板型柔性铰链122。

菱形柔性铰链121包括组成菱形柔性铰链121顶点的两个第一连接块1211和两个第二连接块1213；第一连接块1211和第二连接块1213交错布置；相邻第一连接块1211和第二连接块1213之间柔性铰接一连接臂1212，连接臂1212用于与压电堆11产生微形变相垂直方向的形变放大；两第一连接块1211，用于传递压电堆11产生的伸缩形变以形成位移放大机构12的水平移动端，两第一连接块1211之间卡设（过盈配合）压电堆11；第一长板型柔性铰链122固接于第一连接块1211的下端，用于传递压电堆11产生的微形变；两个第一长板型柔性铰链122之间柔性铰接一用于承接压电堆11的横梁1214；第一长板型柔性铰链122为Z字型结构，组成Z字型结构的各长板之间为柔性铰接。

第二柔性铰链单元，也为长板型结构，上部通过弹性垫圈124和螺钉125固定在第一柔性铰链单元上，第二柔性铰链单元的顶部设有台座，嵌在上盖5的凹槽54内，通过螺钉固联。具体的，第二柔性铰链单元与第二连接块1213对应设置，包括第二长板型柔性铰链123和台座，第二长板型柔性铰链123固接于对应的第二连接块1213外侧面，台座的下端面柔性铰接于第二长板型柔性铰链123的顶端；台座固定设置以形成位移放大机构12的固定端。

综上，所有第二长板型柔性铰链123、第一长板型柔性铰链122形成位移放大机构12的竖直移动端。

传动模块2，如图3（a）~3（d）所示，用于将位移放大机构12的直线运动转化为输出轴6的旋转运动，包括齿柱21、齿盖23和齿筒22。

齿柱21的上端面（圆柱推动手柄）设于中心，固接于位移放大机构12的竖直移动端；齿柱21的下端面均开设环形分布的齿槽斜面；在每个周期性电压信号中，齿柱21与齿筒22上轮齿环的外侧啮合，之后齿盖23与齿筒22上轮齿环的内侧啮合。具体的，齿柱21包括凸台和设置于凸台上的圆柱推动手柄；圆柱推动手柄形成齿柱21的上端面；凸台为一底面敞开的内部中空结构。其中，该手柄沿圆柱体轴线设有互相垂直的两对平行切面，下端设有承接台，便于位移放大机构12中第二长板型柔性铰链123下端、第一长板型柔性铰链122下端定位；该手柄的切面中心设有对称布置的螺钉孔，便于位移放大机构12中第二长板型柔性铰链123下端、第一长板型柔性铰链122下端定位，以与传动模块连2连为一体。

齿筒22的上端面设置轮齿环，轮齿环包括多个锯齿型轮齿；齿筒22的下段套设于底座模块3上凸出的支撑轴312上；底座模块3位于齿柱21的下方。具体的，齿筒22为凸字型圆筒结构，齿筒22的上段为一环形结构，用于设置轮齿环，齿轮的下端为一内部中空的圆柱体，齿筒22的上段连通齿筒22的下段；齿筒22的上段边缘延伸覆盖齿筒22的下段，以承接弹性元件7。

弹性元件7，利于齿筒22与齿柱21或齿筒22与齿盖23接触面间的紧密配合，在齿柱21和弹性元件7合力推动下，可实现齿筒22沿底座31支撑轴312上下移动和微量转动。

齿盖23为圆柱体结构，套设于齿柱21内，并固定于一输出轴6的上端；齿盖23的下端面开设环形分布的齿槽斜面。具体的，齿盖23通过螺钉和弹性垫圈与输出轴6固接。

弹性元件7，套设在齿筒22的下段外侧，并放置于齿筒22的上段和底座模块3之间；在每个周期性方波电压信号中，弹性元件7均处于压缩状态。

底座模块3为凸字型中空圆柱体结构，如图4（a）~4（d），包括：底座31、单向轴承32、端盖33和第二螺钉34。

底座31的上端面中心开设用于与弹性元件7配合的环形凹槽311，即环形凹槽311用于定位弹性元件7，防止弹性元件7径向移动；环形凹槽311围成的区域内设置支撑轴312，支撑轴312的上段、底座31内均开设轴承座孔，两轴承座孔内均安装一与输出轴6适配的单向轴承32。即轴承座孔用于放置径向固定输出轴6单向旋转的单向轴承32，输出轴6与两单向轴承32配合，以限定输出轴6的径向移动、轴向串动和反向转动。

端盖33固定于底座31的下端面并连通支撑轴312，用于轴向压紧与输出轴6适配的单向轴承31的外圈；输出轴6通过端盖33伸出底座31。

优选地，底座31设有凸台结构，用于驱动器壳体4的定位。

输出轴6为圆柱体结构，如图7所示，下端穿过底座模块3上的支撑轴312，并伸出底座模块3；输出轴6转动安装于底座模块3。具体的，输出轴6的上端设置轴肩61，轴肩61的下端面抵住安放于所述支撑轴312上端的单向轴承32的内圈；输出轴6的下段（接近端部处）开设环形定位凹槽62，定位凹槽62上安装放置弹性挡圈，弹性挡圈压紧放置于底座31轴承座孔内单向轴承32的内圈（即定位凹槽62上弹性挡圈与底座31轴承座孔内的单向轴承32的内圈配合），单向轴承32的外圈被固定在底座31底面上的端盖33压紧（底座31轴承座孔内的单向轴承32通过端盖33固定在底座），以实现输出轴6的轴向定位。单向轴承32的轴向依靠输出轴6上端轴肩61、通过第二螺钉34固定在底座31上的端盖33进行轴向定位。

壳体4为圆筒结构，如图5所示，上下端面设置均布螺钉孔，套设在驱动模块1、传动模块2和弹性元件7的外侧；壳体4通过螺钉和弹性垫圈固定于上盖5和底座31之间。

上盖5为凸台型圆柱体结构，如图6（a）~6（b）所示，其下端面设置一对平行的立板51和凹槽54，一对立板51用于限定压电堆11侧向移动，一对立板51之间形成容纳压电堆11的空间，立板51平行于压电堆11的伸缩形变方向；凹槽54与位移放大机构12的台座配合，凹槽54内开设第二螺钉孔55，用于位移放大机构12中台座的固定；上盖5上开设用于引入信号线的穿线孔53，上盖5上开设第一螺钉孔52，用于壳体4的固定。

在本实施例中，所有“柔性铰接”这一连接关系的原理相同，即在构件A与构件B连接处开挖孔，使得构件A与构件B连接处的连接部分可产生弹性微变形。即利用A上连接部分的结构材料易产生无机械摩擦、无间隙的可逆弹性微变形，从而实现构件A与构件B之间的柔性铰接（连接）。

以菱形柔性铰链121为例对柔性连接进行说明，如图11所示。

连接臂1212与第二连接块1213连接处两侧开有圆形截面孔，此时连接部分的结构材料易产生无机械摩擦、无间隙的可逆弹性微变形，将来自连接臂1212的形变量传与第二连接块1213。

该驱动器的工作原理：

S1: 初始状态时，传动模块2中的齿柱21下端面的齿槽斜面与齿筒22上端面的齿顶接触，齿盖23下端面的齿槽根与齿筒22上端面的齿顶接触。即该驱动器装配完成后传动模块2中齿柱21下端面锯齿型齿槽斜面与齿筒22上端面锯齿型齿顶接触，齿盖23下端面锯齿型齿槽根与齿筒22上端面锯齿型齿顶接触。

通入周期性方波高电平（0-T/2）信号至压电堆11，见图10。压电堆轴向产生伸形变（微变形），伸形变经与压电堆11卡设的（与压电堆过盈配合的，即卡紧）位移放大机构12放大后，推动传动模块2中齿柱21向下运动，齿柱21下端面的齿槽斜面通过推动齿筒22上端面的齿顶使齿筒22沿底座31上的支撑轴312向下运动（即齿筒22和齿柱21整体向下运动），齿筒22压缩与齿筒22接触的弹性元件7，当齿筒22上端面的轮齿滑出齿盖23下端面的齿槽顶后，在齿筒22和齿柱21整体继续向下运动的过程中，在弹性元件7弹力的推动下齿筒22上端面的轮齿沿着齿柱21下端面的齿槽斜面滑到齿柱21的齿槽根，齿筒22产生微量转动，如图8（a）~图8（b）所示。

S2: 电信号变为周期性方波低电平（T/2-T）信号，压电堆11恢复初始状态，位移放大机构12复位，带动传动模块2中齿柱21向上复位，齿柱21下端面的齿槽根与齿筒22上端面的齿顶脱开（即齿柱21不再与齿筒22啮合），在下方弹性元件7弹力的推动下齿筒22上端面的轮齿压紧在齿盖23下端面的下一个相邻齿槽斜面上（因在步骤S1中，齿筒22产生微量转动）并向上滑动，以实现齿筒22推动齿盖23绕齿盖23自身轴线转动，带动输出轴6旋转，输出轴输出力矩，见图9（a）~图9（b）所示。

S3:当位移放大机构12复位至初始状态时，重复步骤S1~ S2，以实现齿盖23连续旋转，从而带动输出轴6连续转动以输出力矩。

即齿筒22上端面齿顶滑到齿盖23下端面槽根时，此时电信号变为周期性方波高电平（T-3T/2）信号，压电堆11再轴向产生微形变经与之过盈配合的位移放大元件12放大后推动传动模块2中的齿柱21向下运动，齿柱21下端面齿槽斜面经推动与之配合的齿筒22上端面齿顶使齿筒22沿底座31支撑轴312向下运动，再压缩与齿筒22接触的弹性元件7，当齿筒22上端面齿滑出齿盖23下端面齿槽顶部后，在弹性元件7弹力推动下齿筒22上端面齿沿着齿柱21下端面齿槽斜面再次滑到槽根，齿筒22再次微量转动。见图8（a）~图8（b）。此时电信号又再变为周期性方波低电平（3T/2-2T）信号，压电堆11再恢复初始状态，位移放大元件12复位，带动传动模块2中的齿柱21再向上复位，齿柱21下端面槽根再与齿筒22上端面齿顶脱开，在弹性元件7弹力推动下齿筒22上端面齿再压紧在齿盖23下端面下一个相邻齿槽斜面上并向上滑动，推动齿盖23沿自身轴线再转动，带动固联的输出轴6再旋转，再输出动力。见图9（a）~图9（b）。

驱动器的压电堆11通入周期性方波信号每个周期内的各个时刻，传动模块2中齿柱21、齿筒22和齿盖23为圆周方向同侧齿槽斜面多对齿同时啮合驱动。通入的周期性方波信号各个周期内，传动模块中齿柱21、齿筒22和齿盖23为圆周方向同侧齿槽斜面多对齿同时周期性交替啮合驱动。重复以上动作，齿盖23连续旋转，带动输出轴6连续转动，输出力矩。

其中，位移放大机构12推动传动模块2中齿柱21向下运动的具体步骤包括：

S11：压电堆11轴向产生伸形变后，与压电堆11接触的两个第一连接块1211之间远离。

由于横梁1214柔性连接两个第一长板型柔性铰链122，与第一连接块1211固接的每个第一长板型柔性铰链122均向位移放大机构12的内部靠近，由于第一长板型柔性铰链122内部为柔性连接，在第一长板型柔性铰链122向位移放大机构12的内部靠近的过程中推动传动模块2中齿柱21向下运动。

两个第一连接块1211带动整个菱形柔性铰链121的两个第二连接块1213相互靠近，由于第二长板型柔性铰链123内部为柔性连接，在第二长板型柔性铰链123向位移放大机构12的内部靠近的过程中也推动传动模块2中齿柱21向下运动。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种驱动器，其特征在于，包括：

驱动模块，包括压电堆和位移放大机构，所述压电堆设置在位移放大机构内并通入周期性电压信号；所述位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端；

传动模块，用于将位移放大机构的直线运动转化为输出轴的旋转运动，包括齿柱、齿盖和齿筒；所述齿筒的下段套设于底座模块上凸出的支撑轴上；所述底座模块位于齿柱的下方；

所述齿柱的上端面固接于所述位移放大机构的竖直移动端；所述齿柱、齿盖的下端面均开设环形分布的齿槽斜面，所述齿筒的上端面设置轮齿环；在每个周期性电压信号中，所述齿柱与齿筒上轮齿环的外侧啮合，之后齿盖与齿筒上轮齿环的内侧啮合；

所述齿盖套设于齿柱内，并固定于所述输出轴的上端；所述输出轴的下端穿过所述底座模块上的支撑轴，并伸出所述底座模块；所述输出轴转动安装于所述底座模块；

弹性元件，套设在所述齿筒的下段外侧，并放置于所述齿筒的上段和底座模块之间；在每个周期性电压信号中，所述弹性元件均处于压缩状态；

所述位移放大机构包括：

第一柔性铰链单元，包括菱形柔性铰链和第一长板型柔性铰链；其中，所述菱形柔性铰链包括组成所述菱形柔性铰链顶点的两个第一连接块和两个第二连接块；所述第一连接块和第二连接块交错布置；相邻所述第一连接块和第二连接块之间柔性铰接一连接臂；两所述第一连接块，用于传递压电堆产生的伸缩形变以形成所述位移放大机构的水平移动端，两所述第一连接块之间卡设所述压电堆；

第一长板型柔性铰链固接于所述第一连接块的下端，两所述第一长板型柔性铰链之间柔性铰接一用于承接所述压电堆的横梁；

所述第一长板型柔性铰链为Z字型结构，组成Z字型结构的各长板之间为柔性铰接；

及第二柔性铰链单元，与所述第二连接块对应设置，包括第二长板型柔性铰链和台座，所述第二长板型柔性铰链固接于对应的第二连接块外侧面，所述台座的下端面柔性铰接于所述第二长板型柔性铰链的顶端；所述台座固定设置以形成所述位移放大机构的固定端；

所有所述第二长板型柔性铰链、第一长板型柔性铰链形成所述位移放大机构的竖直移动端；

所述齿筒为凸字型圆筒结构，所述齿筒的上段为一环形结构，用于设置所述轮齿环，所述齿筒的下段为一内部中空的圆柱体，所述齿筒的上段连通齿筒的下段；所述齿筒的上段边缘延伸覆盖所述齿筒的下段，以承接所述弹性元件。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述齿柱包括凸台和设置于所述凸台上的圆柱推动手柄；所述圆柱推动手柄形成所述齿柱的上端面；所述凸台为一底面敞开的内部中空结构。

3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述底座模块还包括：

底座，所述底座的上端面开设用于与所述弹性元件配合的环形凹槽，所述环形凹槽围成的区域内设置所述支撑轴，所述支撑轴的上段、底座内均开设轴承座孔，两所述轴承座孔内均安装一与所述输出轴适配的单向轴承；

端盖，固定于所述底座的下端面并连通所述支撑轴；所述输出轴通过所述端盖伸出所述底座。

4.根据权利要求3所述的驱动器，其特征在于，所述输出轴的上端设置轴肩，所述轴肩的下端面抵住安放于所述支撑轴上端的单向轴承内圈，所述输出轴的下段开设环形定位凹槽，定位凹槽上安装弹性挡圈；所述弹性挡圈压紧固定于所述底座内单向轴承的内圈。

5.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，进一步包括上盖，所述上盖的下端面设置一对平行的立板和凹槽，一对所述立板用于限定压电堆侧向移动，一对所述立板之间形成容纳所述压电堆的空间，所述立板平行于压电堆的伸缩形变方向；所述凹槽与所述位移放大机构的台座配合；所述上盖上开设用于引入信号线的穿线孔。

6.根据权利要求5所述的驱动器，其特征在于，进一步包括壳体，所述壳体套设在所述驱动模块、传动模块和弹性元件的外侧；所述壳体固定于上盖和底座模块之间。

7.一种驱动器驱动方法，基于权利要求2-6之任一项所述的驱动器，其特征在于，包括~以下步骤：

S1：初始状态时，传动模块中的齿柱下端面的齿槽斜面与齿筒上端面的齿顶接触，齿盖下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶接触；

通入周期性方波高电平信号至压电堆，压电堆轴向产生伸形变，伸形变经与压电堆卡设的位移放大机构放大后，推动传动模块中齿柱向下运动，齿柱下端面的齿槽斜面通过推动齿筒上端面的齿顶使齿筒沿底座上的支撑轴向下运动，齿筒压缩与齿筒接触的弹性元件，当齿筒上端面的轮齿滑出齿盖下端面的齿槽顶后，在齿柱继续向下推动齿筒运动的过程中，在弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿沿着齿柱下端面的齿槽斜面滑到齿柱的齿槽根，齿筒产生转动；

S2：电信号变为周期性方波低电平信号，压电堆恢复初始状态，位移放大机构复位，带动传动模块中齿柱向上复位，齿柱下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶脱开，在下方弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿压紧在齿盖下端面的下一个相邻齿槽斜面上并向上滑动，以实现齿筒推动齿盖绕齿盖自身轴线转动，带动输出轴旋转，输出轴输出力矩；

S3：当位移放大机构复位至初始状态时，重复步骤S1-S2，以实现齿盖连续旋转，从而~带动输出轴连续转动以输出力矩。

8.根据权利要求7所述的驱动器驱动方法，其特征在于，在步骤S1中，位移放大机构推动传动模块中齿柱向下运动的具体步骤包括：压电堆轴向产生伸形变后，与压电堆接触的两个第一连接块之间远离；

由于横梁两端柔性连接两个第一长板型柔性铰链，与第一连接块固接的每个第一长板型柔性铰链均向位移放大机构的内部靠近，由于第一长板型柔性铰链内部为柔性连接，在第一长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中推动传动模块中齿柱向下运动；

两个第一连接块带动整个菱形柔性铰链两个第二连接块相互靠近，由于第二长板型柔性铰链内部为柔性连接，在第二长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中推动传动模块中齿柱向下运动。