CN203466750U - 仿生型压电足式驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于仿生型压电足式驱动器，属于微机械电子工程领域。在驱动器主体的两端对称设有驱动器两只驱动足，所述驱动器的驱动足由金属基板、两个压电陶瓷晶片一、两个压电陶瓷晶片二以及圆柱型摩擦块组成，金属基板由横梁和竖梁组成，金属基板横梁一端通过螺钉固接在驱动器主体上，在金属基板横梁的上下面对称粘有两个压电陶瓷晶片一，在金属基板竖梁的左右面对称粘有两个压电陶瓷晶片二，金属基板的竖梁的一端固接有圆柱型摩擦块。优点在于：结构新颖，驱动器的驱动足能够模仿动物行走时腿部动作，且驱动器具有行程大、结构简单以及控制系统简单的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于微机械电子工程领域，具体涉及一种压电足式驱动器。
背景技术
随着科技的发展，纳米技术在机械领域中的地位越来越重要。微位移系统的研究受到国内外学者的重视，各种形式不同的具有精密驱动、精密测量和精密定位功能的微型驱动器被陆续研制开发出来。由于压电元件具有体积小、位移分辨率高、频率响应快、无电磁干扰以及无噪声等特点，因此以此类元件作为驱动源的压电微型驱动器越来越受到人们的关注。
目前研制的以压电元件作为驱动源的微型驱动器主要分为以下四类类：压电超声波马达、直动式压电驱动器、步进式压电驱动器以及惯性冲击式压电驱动器。
压电超声波马达的工作原理是借用摩擦传递弹性超声波振动以获得驱动动力。如图1所示，是吉林大学根据压电超声波马达的原理研制一种谐振型压电式管道内移动机构，它包括由在其适当位置设有四个弹性叶片的一块狭长的矩形基板和压电陶瓷构成。图中1为矩形基板，2为压电陶瓷，3为弹性叶片。如图2所示为该机构的具体运动方式是：对压电陶瓷施加以谐波信号，假设压电陶瓷先朝一个方向弯曲变形时，机构左上角和右下角的弹性叶片处于被“压紧”的状态，机构左下角和右上角的弹性叶片处于被“拉伸”状态，机构左上角和右下角的弹性叶片与管道间的摩擦力大于压电陶瓷产生的驱动力，因此机构左上角与右下角的弹性叶片与管道的接触点的位置不动，而机构左上角和右下角的弹性叶片与管道间的摩擦力小于压电陶瓷产生的驱动力，因此机构左上角与右下角的弹性叶片与管道的接触点的位置向左移动，图2中虚线表示运动前弹性叶片的位置；当作用在压电陶瓷的谐波信号反向时，压电陶瓷会朝着与之前变相反的方向运动，则左下角和右上角的弹性叶片与管道接触点的位置不动，而左上角与右下角的弹性叶片与管道接触点的位置向左移动。这样机构就在管道内能够朝着一个方向移动。这类根据压电超声波马达的工作原理设计的微型驱动机构具有无电磁干扰、响应速度快以及结构简单的特点，但这类机构的传动效率低，使用寿命短。
直动式压电驱动器通常采用压电驱动元件与柔性铰链相结合的方式，利用柔性铰链机构放大或缩小压电驱动元件位移输出，以获得所需要位移的一种驱动器。但是这类驱动器存在行程小的缺点。
步进式压电驱动器又称为蠕动式压电驱动器，是将压电体的微小振动位移经过某种方式转换后即可形成连续的或步进的精密位移驱动机构。步进式压电驱动器与直动式压电驱动器相比可以实现更大的行程，但这类驱动器结构复杂，加工较为困难，并且需要多路信号配合实现控制。
惯性冲击式压电驱动器根据动量定理，是通过惯性质量块和压电元件相互作用，产生惯性冲击力作为驱动力，与摩擦力配合实现驱动作用的驱动器。如中国专利201220230938.9，提出利用对称信号激励压电晶片通过非对称夹持机构形成不同的惯性冲击力，与接触面之间的摩擦力共同作用实现驱动器的定向运动。可以实现驱动器的高精度，大行程目标的特点，但是此类驱动器对其与接触面的摩擦力要求较高。
发明内容
本实用新型提供一种仿生型压电足式驱动器，以解决上述驱动器存在的传动效率低、行程小、结构复杂的问题。
本实用新型采用的技术方案是：在驱动器主体的两端对称设有驱动器两只驱动足，所述驱动器的驱动足由金属基板、两个压电陶瓷晶片一、两个压电陶瓷晶片二以及圆柱型摩擦块组成，金属基板由横梁和竖梁组成，金属基板横梁一端通过螺钉固接在驱动器主体上，在金属基板横梁的上下面对称粘有两个压电陶瓷晶片一，在金属基板竖梁的的左右面对称粘有两个压电陶瓷晶片二，金属基板的竖梁的一端固接有圆柱型摩擦块。
本实用新型的优点在于：结构新颖，驱动器的驱动足能够模仿动物行走时腿部动作，且驱动器具有行程大、结构简单以及控制系统简单的特点。
附图说明
图1是现有技术中一种谐振型压电式管道内移动机构的机构示意图；
图2是现有技术中一种谐振型压电式管道内移动机构的运动过程简图；
图3是本实用新型的结构示意图；
图4为本实用新型的剖视图；
图5为本实用新型的一只驱动足工作流程图。
具体实施方式
如图3和图4所示，在驱动器主体1的两端对称设有驱动器两只驱动足，所述驱动器的驱动足由金属基板3、两个压电陶瓷晶片一4、两个压电陶瓷晶片二5以及圆柱型摩擦块6组成，金属基板3由横梁和竖梁组成，金属基板3横梁一端通过螺钉2固接在驱动器主体1上，在金属基板3横梁的上下面对称粘有两个压电陶瓷晶片一4，在金属基板3竖梁的的左右面对称粘有两个压电陶瓷晶片二5，金属基板3的竖梁的一端固接有圆柱型摩擦块6。
工作方式：
驱动器工作时，作用在压电陶瓷晶片一4和压电陶瓷晶片二5上的驱动电场信号的周期相同，作用在压电陶瓷晶片一4的驱动电场信号的初相位比作用在压电陶瓷二5的驱动电场信号的初相位大π/4。
如图5所示，在驱动电场的作用下，首先压电陶瓷一4向上弯曲，然后压电陶瓷二5再向左弯曲，圆柱型摩擦块离开了地面，驱动器保持不动，驱动器模的驱动足模仿了动物行走时大腿先抬起，小腿再向前迈的动作；驱动电场反向后，接着压电陶瓷晶片一4向下弯曲，最后压电陶瓷晶片二5右弯曲，圆柱型摩擦块紧贴着地面且并相对地面向右运动，地面提供给供驱动器一个向左的反作用力，使得驱动器向左运动，驱动器的驱动足模仿了动物行走时大腿先放下，小腿再后蹬的动作。
如果作用在压电陶瓷晶片一4的驱动电信号保持不变，将作用在压电陶瓷晶片二5的驱动电信号反向，驱动器向右运动。
Claims (1)
1.一种仿生型压电足式驱动器，其特征在于：在驱动器主体的两端对称设有驱动器两只驱动足，所述驱动器的驱动足由金属基板、两个压电陶瓷晶片一、两个压电陶瓷晶片二以及圆柱型摩擦块组成，金属基板由横梁和竖梁组成，金属基板横梁一端通过螺钉固接在驱动器主体上，在金属基板横梁的上下面对称粘有两个压电陶瓷晶片一，在金属基板竖梁的的左右面对称粘有两个压电陶瓷晶片二，金属基板的竖梁的一端固接有圆柱型摩擦块。
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|---|---|---|---|---|
| CN103166499A (zh) * | 2011-12-16 | 2013-06-19 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种适用于低速平稳运行的压电陶瓷直线马达 |
| CN103475261A (zh) * | 2013-09-24 | 2013-12-25 | 浙江师范大学 | 仿生型压电足式驱动器 |
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