專利名稱：接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓電精密旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器采用壓電疊堆為驅(qū)動(dòng)源。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在光學(xué)、電子、航空、航天、機(jī)械制造、機(jī) 器人、地髏學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)及遺傳工程等技術(shù)領(lǐng)域的研究都迫切需要亞微米級(jí)、 納米級(jí)的微位移技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)微/納米級(jí)的微操作。作為微操作系統(tǒng)的核心部 件,精密驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展就成為微操作系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前的壓電慣性 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，采用非對(duì)稱波形激勵(lì)，形成雙向非 對(duì)稱的慣性沖擊力，與固定的摩擦力配合及適當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，通過電路 系統(tǒng)的有序控制形成驅(qū)動(dòng)作用，進(jìn)而形成連續(xù)的定向運(yùn)動(dòng)。其中利用壓電元件的 快速變形產(chǎn)生慣性沖擊力的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是通過電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，輸出非對(duì)稱電信 號(hào)，使壓電元件可以產(chǎn)生快速伸長(zhǎng)、緩慢縮回，或緩慢伸長(zhǎng)、快速縮回的運(yùn)動(dòng)形 式，在交替電信號(hào)的作用下，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生宏觀上的單向運(yùn)動(dòng)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，以解決產(chǎn)生非對(duì) 稱波電信號(hào)的控制電路比較復(fù)雜的問題，并用機(jī)械方式改變摩擦力。本實(shí)用新型 采用的技術(shù)方案是軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接， 軸套7繞軸3幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5—端分別粘接在調(diào)整 三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一l、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電 疊堆一 2與慣性質(zhì)量塊一 1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二 5與慣性質(zhì)量塊二 4構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套(7)上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓 電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180。對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的
夾角a相同，該夾角<1為30°~60°。本實(shí)用新型一種實(shí)施方案，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔卯° 的位置，再分別對(duì)稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振 子三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三9與慣性質(zhì)量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓 電疊堆四11與慣性質(zhì)量塊四12粘接。本實(shí)用新型一種實(shí)施方案，驅(qū)動(dòng)元件壓電疊堆的控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。本實(shí)用新型是在對(duì)稱波的激勵(lì)下，通過控制接觸面和驅(qū)動(dòng)器之間的正壓力， 利用壓電慣性驅(qū)動(dòng)器在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向上摩擦力矩比較小，非運(yùn)動(dòng)方向摩擦力矩相 對(duì)大，使壓電驅(qū)動(dòng)器向摩擦阻力矩小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然這是一種利用正壓力的變 化而產(chǎn)生摩擦力偶的差值進(jìn)行工作的壓電慣性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，是將壓電逆壓電效應(yīng) 和摩擦力矩控制有機(jī)結(jié)合形成的驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)為進(jìn)一步在微小型機(jī)械、機(jī)器人 的行走機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)的應(yīng)用研究建立基礎(chǔ)。本實(shí)用新型提出利用對(duì)稱波形電信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆快速伸長(zhǎng)和縮短變形，產(chǎn) 生雙向相同的慣性沖擊力，并結(jié)合控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐面之間的摩擦力的變化， 形成壓電慣性驅(qū)動(dòng)器，這種慣性驅(qū)動(dòng)器與目前研究的慣性沖擊驅(qū)動(dòng)器的主要區(qū)別 是通過利用容易控制對(duì)稱波電信號(hào)產(chǎn)生的對(duì)稱的慣性沖擊力與變化的非對(duì)稱摩 擦力的有機(jī)結(jié)合，使驅(qū)動(dòng)器形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此形成運(yùn)動(dòng)的作用方式有本質(zhì)不同。本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器是采用單路對(duì)稱波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)電磁 干擾，能實(shí)現(xiàn)大行程驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)速度快，并且壓電元件非線性對(duì) 驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)影響很小。

圖l是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力分析圖；圖3是本實(shí)用新型的俯視圖；圖4是本實(shí)用新型雙向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套7繞軸3 幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5—端分別粘接在調(diào)整三角塊6斜表 面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一l、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣 性質(zhì)量塊一 1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二 5與慣性質(zhì)量塊二 4構(gòu)成壓電疊 堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套7上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆振子一、壓 電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角a相同，該夾 角a為30°~60°。其中驅(qū)動(dòng)元件采用AE0505D16型的壓電疊堆，控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。本實(shí)用新型工作時(shí)，慣性沖擊力的大小與慣性塊的質(zhì)量及加速度有關(guān)，壓電 疊堆產(chǎn)生快速變形，由于壓電疊堆的安裝位置和地面呈一定角度(由三角塊6 調(diào)整)，壓電疊堆振子一、二在水平面的投影方向相反，于是慣性沖擊力的水平 分力形成轉(zhuǎn)矩，垂直分力將改變驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐面之間的正壓力。本實(shí)用新型在對(duì)稱電信號(hào)的激勵(lì)下，壓電疊堆快速伸長(zhǎng)時(shí)，慣性塊產(chǎn)生的慣 性驅(qū)動(dòng)力垂直于三角調(diào)整塊斜面向下，如圖2所示，壓電疊堆一2、壓電疊堆二 5產(chǎn)生的慣性沖擊力尸，可以分解為水平驅(qū)動(dòng)力F產(chǎn)Fsina和垂直壓力 F2-Feosa兩部分，慣性驅(qū)動(dòng)沖擊力的水平投影方向相反，形成順時(shí)針驅(qū)動(dòng)力偶 矩，垂直壓力使正壓力進(jìn)一步增加，因此，摩擦阻力矩加大，若驅(qū)動(dòng)力偶矩小于 或等于摩擦力偶矩，驅(qū)動(dòng)器不動(dòng)，若驅(qū)動(dòng)力偶矩大于摩擦力偶矩，驅(qū)動(dòng)器順時(shí)針 走一小步；壓電疊堆快速縮短時(shí)，慣性塊產(chǎn)生的慣性驅(qū)動(dòng)力垂直于三角調(diào)整塊斜 面向上的水平分力形成逆時(shí)針力偶矩，垂直分力使正壓力減少，使驅(qū)動(dòng)器逆時(shí)針 走一大步，宏觀產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的是由于壓電疊堆粘接在三角塊調(diào)整塊6的斜面 上，當(dāng)慣性塊質(zhì)量一定時(shí)，在對(duì)稱電信號(hào)的作用下，慣性沖擊力在垂直方向產(chǎn)生 的分力使正壓力的變化，故摩擦力由大到小，由小到大周期性變化，慣性沖擊力 在水平方向的分力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力偶矩。利用摩擦力偶矩的差值與旋轉(zhuǎn)力偶矩
兩者有序結(jié)合，將使驅(qū)動(dòng)器形成單方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 實(shí)施例2如圖4所示。軸3與驅(qū)動(dòng)器底座8固定連接，軸套7與底座8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸 套7繞軸3幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5—端分別粘結(jié)在調(diào)整三 角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一l、慣性質(zhì)量塊二4粘接，壓電疊 堆一 2與慣性質(zhì)量塊一1構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二 5與慣性質(zhì)量塊二 4 構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊6與軸套7上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電疊堆 振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角a 相同，該夾角a為30°~60°;在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的 位置，再分別對(duì)稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子 三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三9與慣性質(zhì)量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓電 疊堆四11與慣性質(zhì)量塊四12粘接。本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器在原有的壓電疊堆振子處，相隔90Q的位置對(duì)稱反 向安裝兩個(gè)壓電疊堆振子，采用兩路信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器將形成雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求1、 一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，軸(3)與驅(qū)動(dòng) 器底座(8)固定連接，軸套(7)與底座(8)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套(7)繞軸(3)幾何中心轉(zhuǎn) 動(dòng)，壓電疊堆一 (2)、壓電疊堆二 (5) —端分別粘結(jié)在調(diào)整三角塊(6)斜表面上、 另一端分別與慣性質(zhì)量塊一(l)、慣性質(zhì)量塊二(4)粘接，壓電疊堆一 (2)與慣性 質(zhì)量塊一 (1)構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二 (5)與慣性質(zhì)量塊二 (4)構(gòu) 成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊(6)與軸套(7)上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接，壓電 疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180。對(duì)稱配置，反向安裝，且與水平面的夾 角a相同，該夾角ct為30°~60°。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特征在 于，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔卯。的位置，再分別對(duì)稱反向安 裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結(jié)構(gòu)是壓電疊堆三(9) 與慣性質(zhì)量塊三(10)粘接，該壓電疊堆振子四結(jié)構(gòu)是壓電疊堆四(11)與慣性 質(zhì)量塊四(12)粘接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，其特 征在于，壓電疊堆的控制信號(hào)為周期性對(duì)稱波。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，屬于壓電精密旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。軸與驅(qū)動(dòng)器底座固定連接，軸套與底座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸套繞軸幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)，壓電疊堆一、壓電疊堆二一端分別粘結(jié)在調(diào)整三角塊斜表面上、另一端分別與慣性質(zhì)量塊一、慣性質(zhì)量塊二粘接，壓電疊堆一與慣性質(zhì)量塊一構(gòu)成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二與慣性質(zhì)量塊二構(gòu)成壓電疊堆振子二，調(diào)整三角塊與軸套上的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)固定連接。本實(shí)用新型采用單路對(duì)稱波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)電磁干擾，能實(shí)現(xiàn)大行程驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)速度快，并且壓電元件非線性對(duì)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)影響很小。
文檔編號(hào)H02N2/10GK201022182SQ200720093330
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者華順明, 張宏壯, 平 曾, 楊志剛, 王寶鵬, 程光明, 趙宏偉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)