CN203984273U - 一种压电驱动式软体位移驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压电驱动式软体位移驱动器，包括：第一篏位结构、第一压电振子、伸缩结构、第二压电振子、第二篏位结构和液体，各篏位结构与伸缩结构由柱形的软体隔膜构成，其内部充满液体，压电振子布置于篏位结构与伸缩结构之间，当第一压电振子在电压作用下发生弯曲回复变形时，第一篏位机构上的厚度减少区发生往复变形，篏位结构的摩擦力发生周期性变化，结合伸缩结构的伸缩变形，形成整机向第一篏位结构方向的运动，当第二压电振子发生弯曲回复变形时，则形成整机向第二篏位结构方向的运动，通过使用压电材料构成软体驱动器，解决了目前软体驱动器所采用功能材料无工业化规模生产的问题。

Description

一种压电驱动式软体位移驱动器

技术领域

本实用新型属于微小型机器人领域，具体涉及一种压电驱动式软体位移驱动器装置。 

背景技术

软体驱动器是一种输出端为软体结构的位移或力输出装置，是构成柔性机器人或软体机器人的核心部件，用于多在多变环境特别是在狭窄空间、形状复杂通道及界面多变环境中提供稳定的定向驱动能力，在军事侦察、灾难救援、科学探测和生化医疗等领域具有广泛的应用前景，特别是软体结构所构成的驱动器，具有通过能力强、环境适应能力强等特点。传统的软体驱动器一般采用功能材料和气动驱动两种驱动方式，气动驱动的动力原件小型化存在困难，因此一般采用包括形状记忆合金、电火星聚合物等功能材料作为动力源，这些类型的功能材料目前还都未进入工业化生产阶段，限制了软体驱动器的实际应用。 

实用新型内容

为了解决目前软体驱动器所采用材料无工业化规模生产问题，提出了一种压电驱动式软体位移驱动器装置，该装置利用压电材料作为驱动器的动力源，压电材料是一种已经大规模供应市场的功能材料，但由于其属于脆性材料且刚度较大，以往并未应用于软体驱动器领域，本实用新型利用传动液体将压电振子的位移放大同时传递给软体输出端结构，由软体输出端输出位移与力，形成软体结构的驱动器在界面上输出位移运动的能力，可有效发挥压电材料的产业化优势，同时克服其刚度大难以形成软体驱动器的不足。 

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案： 

本实用新型一种压电驱动式软体位移驱动器总体呈柱状结构，包括：第一 篏位结构、第一压电振子、伸缩结构、第二压电振子、第二篏位结构和传动液体，其中：所述第一篏位结构为一柱体结构，由软体隔膜和传动液体构成，软体隔膜由橡胶材料制成，主体侧面的软体隔膜上布置有与其内部腔体连通的第一篏位过流孔和第二篏位过流孔，所述传动液体通过第二篏位过流孔注入，内部气体从第一篏位过流孔排出，内部充满传动液体后用胶水密封第一篏位过流孔和第二篏位过流孔，其特点为在所述第一篏位结构主体侧面的软体隔膜处布置至少一处环形厚度减少区，第二篏位结构与第一篏位结构相同；所述伸缩结构为一中间收缩的圆柱状结构，由橡胶材料制成，中间收缩部分截面减小，其收缩部分采用波纹管结构，圆柱侧面靠近端面处布置至少两个过流孔，第一伸缩过流孔和第二伸缩过流孔，注入传动液体完成后采用胶水密封各过流孔；所述第一篏位结构柱体的第一端面与所述伸缩结构的第一端面之间布置第一压电振子，三者通过胶水粘接；第二篏位结构的第一端面与所述伸缩结构的第二端面间布置第二压电振子，三者通过胶水粘接。 

所述伸缩结构的收缩部分采用波纹管结构或采用螺纹管结构。所述压电振子是一个压电薄片和弹性基板构成的单晶片压电振子，或是两个压电薄片和弹性基板构成的双晶片压电振子。 

参照图1，工作时，有两种工作状态，第一种是向第一篏位结构方向运动称为前进运动，第二种是向第二篏位机构方向运动称为后退运动。压电振子在交变电压的作用下会发生弯曲回复变形，第一压电振子在电压的作用下发生中心指向向第一篏位结构的弯曲变形，第一篏位结构被压缩，内部压力增加，厚度减小区产生向外突出的变形，该变形导致篏位机构与运动界面间的摩擦力增加，与此同时，伸缩结构内部压力减小，发生缩短的变形，所述的缩短变形带动第二篏位机构向第一篏位机构方向运动运动距离为2h，当第一压电振子变形回复 时，篏位机构与运动界面件的摩擦力减小，同时伸缩结构内部压力增大，发生伸缩变形，所述的伸缩变形向第一篏位结构方向和第二篏位结构方向的变形量相同各为h，在上述的一个运动周期内软体位移驱动器向第一篏位结构方向即前进方向移动距离h。当第二压电振子发生向第二篏位结构方向的弯曲与回复变形时，一个周期内软体位移驱动器向第二篏位结构方向即后退方向移动距离h。当工作界面的条件发生改变时，摩擦力的情况会发生变化，该驱动器在一个运动周期内的实际移动距离会小于h。 

附图说明

图1是本实用新型一种压电驱动式软体位移驱动器的结构示意图。 

图2是本实用新型一种压电驱动式软体位移驱动器运动过程初始阶段示意图。 

图3是本实用新型一种压电驱动式软体位移驱动器运动过程收缩篏位阶段示意图。 

图4是本实用新型一种压电驱动式软体位移驱动器运动过程伸展释放阶段示意图。 

具体实施方式

参照图1，本实用新型的压电驱动式软体位移驱动器由第一篏位结构1、第一压电振子2、伸缩结构3、第二压电振子4、第二篏位结构5和传动液体6构成，其中： 

所述第一篏位结构1为一圆柱体结构，由软体隔膜11和内部的传动液体6构成，软体隔膜由橡胶材料制成，主体侧面的软体隔膜11上布置有与其内部腔体连通的第一篏位过流孔111和第二篏位过流孔112，所述传动液体6通过第二篏位过流孔112注入，内部气体从第一篏位过流孔111排出，内部充满传动液体 6后第一篏位过流孔111和第二篏位过流孔112采用胶水密封，在主体侧面的软体隔膜11处布置一处厚度减少区113，第二篏位结构与第一篏位结构相同； 

所述伸缩结构3为一中间收缩的圆柱状结构，由橡胶材料制成，中间收缩部分截面减小，其收缩部分采用波纹管结构31，圆柱侧面靠近端面处布置第一伸缩过流孔321，第二伸缩过流孔322，第三伸缩过流孔323和第四伸缩过流孔324，传动液体6从第四伸缩过流孔324处注入，其余伸缩过流孔排出空气，注入传动液体6完成后采用胶水密封各过流孔； 

所述第一篏位结构1柱体的第一端面12与所述伸缩结构3的第一端面32之间布置第一压电振子2，三者通过胶水粘接；第二篏位结构5的第一端面52与所述伸缩结构3的第二端面33间布置第二压电振子4，三者通过胶水粘接； 

所述压电振子2和压电振子4具有相同结构，压电振子2可以由一片压电材料薄片21与弹性基板22粘接形成，也可以采用两片压电材料薄片21与弹性基板22粘接形成。 

如图2、图3和图4所示，工作时，对第一压电振子2施加交变电压实现压电驱动式软体位移驱动器的前进运动，对第二压电振子4施加交变电压实现压电驱动式软体位移驱动器的后退运动。 

Claims (3)

1.一种压电驱动式软体位移驱动器，包括：第一篏位结构(1)、第一压电振子(2)、伸缩结构(3)、第二压电振子(4)、第二篏位结构(5)和传动液体(6)，其中：所述第一篏位结构(1)为一柱体结构，由软体隔膜(11)和传动液体(6)构成，软体隔膜由橡胶材料制成，主体侧面的软体隔膜(11)上布置有与其内部腔体连通的第一篏位过流孔(111)和第二篏位过流孔(112)，所述传动液体(6)通过第二篏位过流孔(112)注入，内部气体从第一篏位过流孔(111)排出，内部充满传动液体(6)后用胶水密封第一篏位过流孔(111)和第二篏位过流孔(112)，其特点为在所述第一篏位结构(1)主体侧面的软体隔膜(11)处布置至少一处环形厚度减少区(113)，第二篏位结构(5)与第一篏位结构(1)相同；所述伸缩结构(3)为一中间收缩的圆柱状结构，由橡胶材料制成，中间收缩部分截面减小，其收缩部分采用波纹管结构(31)，圆柱侧面靠近端面处布置至少两个过流孔，第一伸缩过流孔(321)和第二伸缩过流孔(322)，注入传动液体(6)完成后采用胶水密封各过流孔；所述第一篏位结构(1)柱体的第一端面(12)与所述伸缩结构(3)的第一端面(32)之间布置第一压电振子(2)，三者通过胶水粘接；第二篏位结构(5)的第一端面(52)与所述伸缩结构(3)的第二端面(32)间布置第二压电振子(4)，三者通过胶水粘接。 

2.根据权利要求1所述的一种压电驱动式软体位移驱动器，其特征在于：所述伸缩结构(3)的收缩部分采用波纹管结构(31)或采用螺纹管结构。 

3.根据权利要求1所述的一种压电驱动式软体位移驱动器，其特征在于：所述压电振子(2)和压电振子(4)是一个压电薄片(21)和弹性基板(22)构成的单晶片压电振子，或是两个压电薄片(21)和弹性基板(22)构成的双晶片压电振子。