CN206542341U - 一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，包括致动器和跳跃调节组件。致动器包括：质量块(1)、金属板1(2)、压电纤维1(3)，跳跃调节组件包括：金属板2(7)、柔性铰链1(4)、柔性铰链2(5)、压电纤维2(6)。金属板两端分别连接质量块和跳跃调节组件，质量块在摆动的过程中产生惯性力，下方的跳跃调节组件起到支撑平衡作用。电信号激励下，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)伸长变形，质量块缓慢向右摆动；然后输入反向激励信号，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)快速收缩，金属板2(7)与地面间产生间隙，质量块获得向左的速度，装置向左跳动，完成一个运动周期后质量块右侧移动，装置恢复到初始状态。

Description

一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置

技术领域

本实用新型属于精密机械驱动领域。应用于微型机器人驱动、微小型机械等方面。

背景技术

近年来，随着微纳米技术的迅猛发展，在生物医学工程、精密机械、机器人、计算机、自动控制、精密测量、精密器件微制造、超精密加工等技术领域对微小型机械的驱动技术的需求日益增多。作为微驱动技术的核心，微驱动技术在这种需求下成为人们关注的焦点。传统精密驱动主要采用机械式，如精密丝杠副及滚动滑动导轨、精密螺旋楔块机构等，但由于存在间隙、摩擦、爬行等问题，其精度很难满足要求，在这种条件下发展出许多新型的驱动方式，例如静电吸引式、电磁式、磁致伸缩式、形状记忆合金式以及压电式等。

压电驱动的工作原理主要是应用压电材料的逆压电效应，即当压电体受电场作用时会产生形变，与其他方式相比具有机电转化系数高、无电磁干扰、响应速度快等优点，而柔性压电纤维可使用在曲面结构上，在新型智能材料方面具有广阔的应用前景。

另一方面惯性式压电驱动装置因其在工作行程、分辨率、工作频率、运动速度、频率响应、制造成本、受压电元件滞环蠕变影响程度等方面具有独特的优势，已经发展成为压电精密驱动的一个重要部分。现有的压电惯性驱动装置多采用非对称电信号作为激励信号，但这种驱动装置有信号不易于产生、机构不容易控制、有较大回退运动等缺点。鉴于目前压电惯性驱动装置所存在的问题，本实用新型提出一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，通过控制装置与接触面间的摩擦力，使压电驱动装置产生定向运动。具有结构简单、易于实现、器件可靠性高、无电磁干扰、激励信号易于产生和控制、装置可控性好等优点。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是：在电信号激励下，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)同时伸长变形，驱动金属板1(2)带动质量块(1)摆动，利用质量块(1)产生的惯性冲击力实现装置整体的运动。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

所述的压电纤维与金属板采用导电胶并联相粘接。

所述的金属板需要加工出一定弧度，从而使其具有更好的力学性能，端部加工成螺纹柱以便连接质量块和柔性铰链机构。同时质量块(1)具有对应的螺纹孔。

所述的金属板1(2)中部连接压电纤维，上端连接质量块(1)，下端连接柔性铰链机构。

压电纤维1(3)、压电纤维2(6)在激励信号的作用下伸长产生形变，驱动金属板1(2) 带动质量块(1)向右摆动，其后输入反向电信号，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)收缩变形，金属板2(7)与地面之间产生间隙，质量块(1)获得向左速度，在惯性作用下装置整体向左跳动一步。

本发明所述的基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置通过金属板和压电纤维相粘接的设计，采用对称波形电信号激励，有效降低了结构的复杂程度，克服了装置不容易控制的缺点，达到了装置定向运动的目的；柔性铰链机构作为装置的底部，在增大质量块(1)行程的同时，起到了调节装置重心的作用，提高了装置运动的可控性。

附图说明

图1为基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置的整体结构示意图；

图2为基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置的非运动状态时的示意图；

图3为基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置的受力弯曲示意图；

图4为基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置的向左运动时运动示意图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，是一种利用压电纤维的逆压电效应和惯性驱动原理驱动机构实现运动的新型装置。如图1所示，预弯曲呈一定弧度的金属板与压电纤维粘接，并在一端连接质量块，整体构成致动器；柔性铰链与粘有压电纤维的金属板构成跳跃调节机构。压电纤维与金属板之间采用导电胶并联粘接。金属板1(2)加工出一定弧度，端部加工成螺纹柱以便连接质量块(1)和柔性铰链机构，质量块(1)具有对应的螺纹孔。应用线切割加工柔性铰链机构，柔性铰链机构与金属板1(2)粘接。

金属板在粘接压电纤维时应有适当的预变形，达到增大质量块行程，从而利于储存动能的目的。柔性铰链2(5)加工出一定弧度并在内侧粘接压电纤维2(6)，运动过程中柔性铰链机构可以调节装置的重心位置，增加了装置运动的可控性。

在运动的过程中，通过对压电纤维1(3)和压电纤维2(6)同时输入激励信号，压电纤维1 (3)、压电纤维2(6)同时伸长变形，金属板1(2)带动质量块(1)缓慢向右摆动，如图3所示。然后在反向激励信号作用下，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)快速收缩，金属板 2(7)与地面之间产生间隙，质量块(1)获得向左的速度，在惯性作用下装置整体向左跳动一步，如图4所示，完成一个运动周期后质量块(1)右侧移动，装置恢复到原来的状态。重复上述过程可以实现装置整体向左连续运动。

Claims (4)

1.一种基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，包括：质量块(1)、金属板1(2)、压电纤维1(3)、柔性铰链1(4)、柔性铰链2(5)、加工有柔性铰链的金属板2(7)、压电纤维2(6)；其特征在于：动力源是具有柔性的压电纤维，预弯曲呈一定弧度的金属板与压电纤维粘接，并在一端连接质量块，整体构成致动器，采用惯性驱动原理工作，电信号激励下，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)同时伸长变形，质量块(1)缓慢向右摆动；然后在反向激励信号作用下，压电纤维1(3)、压电纤维2(6)快速收缩，金属板2(7)与地面之间产生间隙，质量块(1)获得向左的速度，在惯性作用下装置整体向左跳动一步；完成一个运动周期后装置恢复到原来的状态，重复上述过程可实现装置整体向左连续运动。

2.根据权利要求1所述的基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，其特征在于：动力源是具有柔性的压电纤维，可以粘贴在曲面上，实现大挠度变形。

3.根据权利要求1所述的基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，其特征在于：金属板1(2)具有一定的弧度，不是平板，与压电纤维1(3)粘接，提高了质量块(1)的速度，利于储存动能。

4.根据权利要求1所述的基于柔性铰链的惯性跳跃压电驱动装置，其特征在于：底部采用柔性铰链机构，增大了质量块(1)的运动行程，利于储存能量，同时调节运动过程中装置的重心位置，增加了装置运动的可控性。