CN211720483U - 一种用于轨道运输的压电作动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于轨道运输的压电作动器，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足；第一至第四压电元件组对应均匀设置在梁体的四个侧面上；上梁下梁的x个驱动足设置在与轨道接触的一面上，在摩擦的作用下实现作动器的移动。本实用新型利用压电激励与摩擦驱动原理实现运载机器人在不同截面下的驱动，利用压电驱动结构简单、紧凑、传动链短的特点，简化整个系统的结构，减少体积和重量，提高可靠性；利用压电驱动控制简便、定位精度高的特点，提高系统的可控性。

Description

一种用于轨道运输的压电作动器

技术领域

本实用新型涉及压电驱动技术和运载机器人技术领域，尤其涉及一种用于轨道运输的压电作动器。

背景技术

随着自动化技术的发展，自动化生产流水线等自动化运输设备已越来越多，目前常见的是步进式运载轨道装置，具有可靠性高，起停和反转响应速度快的特点，随着自动化运载装置在各行各业的应用，对轨道变截面以及小型化提出了要求，现有系统体积和重量较大，可靠性欠缺，可控性和精度都不够。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种用于轨道运输的压电作动器。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种用于轨道运输的压电作动器，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；

所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；

所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；

所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；

所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；

所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；

所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；

所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第四固定块上的通孔和第四调节螺帽螺纹相连，使得第二弹簧的两端分别和第二固定块、第四固定块相抵；

所述上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足位于上梁、下梁之间，用于抵住轨道上下表面、在驱动时使得压电作动器沿轨道运动；

所述上梁第二压电元件组、上梁第四压电元件组、下梁第二压电元件组、下梁第四压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；

所述上梁第一压电元件组、上梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；下梁第一压电元件组、下梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；且上梁第一压电元件组中压电元件的极化方向和下梁第一压电元件组中压电元件的极化方向相反。

本实用新型还公开了一种该用于轨道运输的压电作动器的工作方法，包括如下步骤：

步骤1），对上梁和下梁的第二压电元件组、第四压电元件组施加第一间谐电压信号，激励出上梁和下梁的反对称面外x阶弯振模态；

步骤2），对上梁和下梁的第一压电元件组、第三压电元件组施加第二间谐电压信号，激励出上梁和下梁的对称面内x阶弯振模态；

步骤3），调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，此时，上梁和下梁同时激发出两相正交的振动模态，在这两种模态振动耦合的作用下上梁和下梁上的驱动足做椭圆运动，且上梁和下梁的驱动足的椭圆运动轨迹相反，从而在摩擦的作用下驱动压电作动器沿一个方向移动；

如果需要压电作动器反向移动，调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号的相位差为-π/2即可。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型利用压电激励与摩擦驱动原理实现运载机器人在不同截面下的驱动，利用压电驱动结构简单、紧凑、传动链短的特点，简化整个系统的结构，减少体积和重量，提高可靠性；利用压电驱动控制简便、定位精度高的特点，提高系统的可控性。

附图说明

图1是用于轨道运输的压电作动器运动示意图；

图2是用于轨道运输的压电作动器装配示意图；

图3是上梁、下梁的面外弯振模态时压电元件极化方向的比较示意图；

图4是上梁、下梁的面内弯振模态时压电元件极化方向的比较示意图；

图5是轨道优化后的结构示意图；

图6是用于轨道运输的压电作动器在轨道上的运动状态示意图；

图7是调节螺帽和连接螺杆相配合的结构示意图；

图8是用于轨道运输的压电作动器的调节原理示意图；

图9是上梁、下梁的面外弯振模态的比较示意图；

图10是上梁、下梁的面内弯振模态的比较示意图；

图11是上梁、下梁的驱动足的椭圆运动轨迹的比较示意图。

图中，1-贴片式对称梁压电作动器，2-轨道，3-上梁，4-上梁第二侧面上的压电元件，5-上梁第一侧面上的压电元件，6-第二固定块，7-第二双头螺柱，8-第一弹簧，9-驱动足，10-第一调节螺帽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种用于轨道运输的压电作动器，压电作动器套在轨道上移动。如图2所示，用于轨道运输的压电作动器包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；

所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；

所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；

所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；

所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；

所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；

所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；

所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第四固定块上的通孔和第四调节螺帽螺纹相连，使得第二弹簧的两端分别和第二固定块、第四固定块相抵；

所述上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足位于上梁、下梁之间，用于抵住轨道上下表面、在驱动时使得压电作动器沿轨道运动。

如图3、图4所示，所述上梁第二压电元件组、上梁第四压电元件组、下梁第二压电元件组、下梁第四压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；

所述上梁第一压电元件组、上梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；下梁第一压电元件组、下梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；且上梁第一压电元件组中压电元件的极化方向和下梁第一压电元件组中压电元件的极化方向相反。

轨道的上下表面可以是光滑的，也可以如图5所示，设有和上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足一一对应匹配的凹槽。设有凹槽的轨道和压电作动器配合时如图6所示。

第一至第四固定块和上梁、下梁两端相连时可以直接固连，也可以采用连接杆固连，甚至采用螺杆固连，如图7所示，采用螺杆时，上梁、下梁的两个端面中心设置和螺杆匹配的螺纹孔，第一至第四固定块的侧壁和螺杆的一端固连，螺杆的另一端和上梁、下梁的两个端面中心的螺纹孔螺纹相连。

压电作动器两侧的结构如图8所示，通过调节第一至第四调节螺帽，很容易调节上梁、下梁之间的距离，进而调节各个驱动足和轨道上下表面之间的预紧力。

本实用新型还公开了一种该用于轨道运输的压电作动器的工作方法，包括如下步骤：

步骤1），对上梁和下梁的第二压电元件组、第四压电元件组施加第一间谐电压信号，激励出上梁和下梁的反对称面外x阶弯振模态，如图9所示；

步骤2），对上梁和下梁的第一压电元件组、第三压电元件组施加第二间谐电压信号，激励出上梁和下梁的对称面内x阶弯振模态，如图10所示；

步骤3），调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，此时，上梁和下梁同时激发出两相正交的振动模态，在这两种模态振动耦合的作用下上梁和下梁上的驱动足做椭圆运动，且上梁和下梁的驱动足的椭圆运动轨迹相反，如图11所示，从而在摩擦的作用下驱动压电作动器沿一个方向移动；

如果需要压电作动器反向移动，调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号的相位差为-π/2即可。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于轨道运输的压电作动器，其特征在于，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；

所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；

所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；

所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；

所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；

所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；

所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；

所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第四固定块上的通孔和第四调节螺帽螺纹相连，使得第二弹簧的两端分别和第二固定块、第四固定块相抵；

所述上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足位于上梁、下梁之间，用于抵住轨道上下表面、在驱动时使得压电作动器沿轨道运动；

所述上梁第二压电元件组、上梁第四压电元件组、下梁第二压电元件组、下梁第四压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；

所述上梁第一压电元件组、上梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；下梁第一压电元件组、下梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；且上梁第一压电元件组中压电元件的极化方向和下梁第一压电元件组中压电元件的极化方向相反。

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