尺蠖仿生裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種尺蠖仿生裝置，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的體積大、定位精度低、單一自由度、加工困難、對(duì)工作環(huán)境要求高、存在較大摩擦以及行程小的問(wèn)題。所述的尺蠖仿生裝置包括1號(hào)支撐部分、4號(hào)壓電疊堆、2號(hào)支撐部分、3號(hào)支撐部分、1號(hào)方向控制部分、5號(hào)壓電疊堆和2號(hào)方向控制部分。2號(hào)支撐部分的右端與5號(hào)壓電疊堆的左端螺釘固定連接，5號(hào)壓電疊堆的右端與1號(hào)方向控制部分的左端螺釘固定連接，1號(hào)方向控制部分的右端與3號(hào)支撐部分的左端螺釘固定連接；2號(hào)支撐部分的左端與4號(hào)壓電疊堆的右端螺釘固定連接，4號(hào)壓電疊堆的左端與2號(hào)方向控制部分的右端螺釘固定連接，2號(hào)方向控制部分的左端與1號(hào)支撐部分的右端固定連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】尺蠖仿生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及微型移動(dòng)裝置領(lǐng)域中的一種移動(dòng)裝置，更確切地說(shuō)，本實(shí)用新型 涉及一種尺蠖仿生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類(lèi)對(duì)于微觀(guān)領(lǐng)域研究的深入，尤其是在超精密加工、微型機(jī)器人等領(lǐng)域中 對(duì)裝置微型化和精密位移的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式如電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電磁驅(qū)動(dòng)等宏觀(guān) 大尺寸驅(qū)動(dòng)裝置已經(jīng)不能滿(mǎn)足其要求。目前壓電驅(qū)動(dòng)器以其體積小，精度高的優(yōu)點(diǎn)得到非 常廣泛的研究應(yīng)用，但是許多問(wèn)題目前都沒(méi)有真正的得到解決，傳統(tǒng)的爬行式仿生尺蠖壓 電驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)鉗位機(jī)構(gòu)提供摩擦力，對(duì)于工作環(huán)境、工作管道內(nèi)徑要求苛刻，無(wú)法大范圍 應(yīng)用，且驅(qū)動(dòng)壓電疊堆和鉗位壓電疊堆都被裝配在動(dòng)子上，導(dǎo)致動(dòng)子內(nèi)部有多條電源線(xiàn)引 出，工作中勢(shì)必影響其運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，同時(shí)在動(dòng)子上設(shè)計(jì)的多組柔性鉸鏈，也勢(shì) 必降低動(dòng)子自身剛度，工作中容易產(chǎn)生附加變形。且大部分壓電驅(qū)動(dòng)裝置只能實(shí)現(xiàn)兩自由 度的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的多自由度運(yùn)動(dòng)方式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在定位精度低、裝置體積 大、單一自由度、加工困難、對(duì)工作環(huán)境要求高、存在較大摩擦以及行程小的問(wèn)題，提供了尺 蠖仿生裝置。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：所述的尺蠖仿生 裝置包括1號(hào)支撐部分、4號(hào)壓電疊堆、2號(hào)支撐部分、3號(hào)支撐部分、1號(hào)方向控制部分、5號(hào) 壓電疊堆和2號(hào)方向控制部分。
[0005] 2號(hào)支撐部分的右端與5號(hào)壓電疊堆的左端固定連接，5號(hào)壓電疊堆的右端與1號(hào) 方向控制部分的左端固定連接，1號(hào)方向控制部分的右端與3號(hào)支撐部分的左端固定連接； 2號(hào)支撐部分的左端與4號(hào)壓電疊堆的右端固定連接，4號(hào)壓電疊堆的左端與2號(hào)方向控制 部分的右端固定連接，2號(hào)方向控制部分的左端與1號(hào)支撐部分的右端固定連接。
[0006] 技術(shù)方案中所述的2號(hào)支撐部分的右端與5號(hào)壓電疊堆的左端固定連接是指：5 號(hào)壓電疊堆的左基座與2號(hào)支撐部分中的2號(hào)質(zhì)量塊右端的正方形的凸起塊對(duì)齊，采用上 下兩片結(jié)構(gòu)相同的固定鋼片與螺釘固定連接。
[0007] 技術(shù)方案中所述的5號(hào)壓電疊堆的右端與1號(hào)方向控制部分的左端固定連接，1號(hào) 方向控制部分的右端與3號(hào)支撐部分的左端固定連接是指：所述1號(hào)方向控制部分由兩片 兩面都貼有壓電彎曲片的鋼片彈簧組成，兩片鋼片彈簧的兩端各設(shè)置有兩個(gè)螺釘通孔，兩 片鋼片彈簧的左端分置于5號(hào)壓電疊堆右端的前后兩側(cè)與5號(hào)壓電疊堆右端前后端面的螺 孔對(duì)齊并采用螺釘固定，1號(hào)方向控制部分的兩片鋼板彈簧的右端螺孔與1號(hào)連接塊前后 端面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定。
[0008] 技術(shù)方案中所述的1號(hào)支撐部分由1號(hào)質(zhì)量塊、1號(hào)壓電疊堆、1號(hào)底盤(pán)、4號(hào)鋼片 彈簧和5號(hào)鋼片彈簧組成。所述的1號(hào)質(zhì)量塊的主體為一實(shí)心圓柱形的金屬結(jié)構(gòu)件，1號(hào) 質(zhì)量塊的主體右側(cè)底端設(shè)置有一個(gè)方形的凸起塊，圓柱體形的主體與方形的凸起塊底面共 面，方形的凸起塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，1號(hào)質(zhì)量塊主體的底面設(shè)置有4個(gè)螺 紋盲孔。所述的1號(hào)底盤(pán)的中心處分布有4個(gè)沉頭螺釘孔的金屬圓盤(pán)。所述的4號(hào)鋼片彈 簧和5號(hào)鋼片彈簧為結(jié)構(gòu)相同的矩形鋼片，4號(hào)鋼片彈簧和5號(hào)鋼片彈簧的左端與右端各設(shè) 置有兩個(gè)螺栓通孔；4號(hào)鋼片彈簧和5號(hào)鋼片彈簧左端的螺孔與1號(hào)質(zhì)量塊右側(cè)的方形的 凸起塊頂面和底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，1號(hào)壓電疊堆的頂端與1號(hào)質(zhì)量塊主體的 底面螺栓連接，1號(hào)底盤(pán)上4個(gè)沉頭螺釘孔與1號(hào)壓電疊堆底端的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用螺釘 固定。
[0009] 技術(shù)方案中所述的1號(hào)壓電疊堆由20片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次上下疊置 粘合而成，即每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷片 的另一側(cè)面采用絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè)面，以此類(lèi)推20片一側(cè)面粘合壓電陶瓷 片的銅箔采用絕緣膠水疊置粘合成壓電疊堆，每片壓電陶瓷片連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極a，每片 銅箔連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極b，壓電疊堆的底部膠粘一個(gè)方形的底端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的基 座，壓電疊堆的頂部與一個(gè)矩形的設(shè)置有四個(gè)螺孔的連接片膠粘，壓電疊堆整體采用環(huán)氧 樹(shù)脂封裝。
[0010] 技術(shù)方案中所述的1號(hào)支撐部分與3號(hào)支撐部分結(jié)構(gòu)相同，4號(hào)壓電疊堆與5號(hào)壓 電疊堆結(jié)構(gòu)相同，1號(hào)方向控制部分與2號(hào)方向控制部分結(jié)構(gòu)相同。
[0011] 技術(shù)方案中所述的4號(hào)壓電疊堆由25片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次上下疊置 粘合而成，即每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷片 的另一側(cè)面采用絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè)面，以此類(lèi)推25片一側(cè)面粘合壓電陶瓷 片的銅箔采用絕緣膠水疊置粘合成壓電疊堆，每片壓電陶瓷片連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極a，每片 銅箔連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極b，壓電疊堆底部膠粘一個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的下 基座，壓電疊堆頂部膠粘一個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的上基座，上基座上的四個(gè) 螺孔與下基座上的四個(gè)螺孔皆為成對(duì)地相對(duì)設(shè)置，上基座上的四個(gè)螺孔與下基座上的四個(gè) 螺孔相差90°，壓電疊堆整體采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝。
[0012] 技術(shù)方案中所述的2號(hào)支撐部分由2號(hào)質(zhì)量塊、2號(hào)壓電疊堆和2號(hào)底盤(pán)組成。所 述的2號(hào)質(zhì)量塊的主體為一實(shí)心圓柱形金屬結(jié)構(gòu)件，2號(hào)質(zhì)量塊主體的左右兩端各設(shè)置一 個(gè)方形的凸起塊，兩端方形的凸起塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，2號(hào)質(zhì)量塊主體的 底面設(shè)置有4個(gè)螺紋盲孔；2號(hào)質(zhì)量塊的主體和1號(hào)支撐部分中的1號(hào)質(zhì)量塊的主體與3號(hào) 支撐部分中的3號(hào)質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)相同。2號(hào)壓電疊堆和1號(hào)支撐部分中的1號(hào)壓電疊堆與3 號(hào)支撐部分中的3號(hào)壓電疊堆結(jié)構(gòu)相同。2號(hào)底盤(pán)和1號(hào)支撐部分中的1號(hào)底盤(pán)與3號(hào)支 撐部分中的3號(hào)底盤(pán)結(jié)構(gòu)相同。2號(hào)質(zhì)量塊與2號(hào)壓電疊堆頂端的連接片螺釘連接，2號(hào)壓 電疊堆的底部基座與2號(hào)底盤(pán)螺釘連接。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是：
[0014] 1.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置采用壓電疊堆作為驅(qū)動(dòng)裝置，具有結(jié)構(gòu)微小， 能夠輸出較大的力和位移，承壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)步長(zhǎng)達(dá)到微米級(jí)別，能夠?qū)崿F(xiàn)高精準(zhǔn)度 位移。
[0015] 2.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置核心部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了制造成本， 整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)微小，能應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境。
[0016] 3.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置利用壓電疊堆的壓電效應(yīng)，通過(guò)向壓電疊堆施 加高頻電壓實(shí)現(xiàn)它的高頻振動(dòng)，使其作為高頻振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源，具有振動(dòng)穩(wěn)定性高，能量轉(zhuǎn)換 效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0017] 3.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置通過(guò)改變壓電驅(qū)動(dòng)器控制方案，可實(shí)現(xiàn)尺蠖仿 生裝置步距不同，頻率不同的微位移動(dòng)作。
[0018] 4.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置采用高頻振動(dòng)減摩控制方法，高頻振動(dòng)時(shí)的支 撐部分與接觸面間的摩擦小，大幅降低尺蠖仿生裝置的摩擦損耗。
[0019] 5.本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的壓電疊堆與空氣接觸面積大，有利于散熱， 多次長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)表明驅(qū)動(dòng)器無(wú)明顯的溫升，有效提升裝置壽命。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0021] 圖1為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置結(jié)構(gòu)組成的軸測(cè)投影視圖；
[0022] 圖2為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的4號(hào)壓電疊堆與5號(hào)壓電疊堆結(jié)構(gòu)組成 的不意圖；
[0023] 圖3為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的4號(hào)壓電疊堆與5號(hào)壓電疊堆結(jié)構(gòu)組成 的軸測(cè)投影視圖；
[0024] 圖4為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的1號(hào)壓電疊堆、2號(hào)壓電疊堆與3號(hào)壓電 疊堆結(jié)構(gòu)組成的示意圖；
[0025] 圖5為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的1號(hào)壓電疊堆、2號(hào)壓電疊堆與3號(hào)壓電 疊堆結(jié)構(gòu)組成的軸測(cè)投影視圖；
[0026] 圖6為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的1號(hào)支撐部分結(jié)構(gòu)組成的軸測(cè)投影視 圖；
[0027] 圖7為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的1號(hào)方向控制部分結(jié)構(gòu)組成的軸測(cè)投影 視圖；
[0028] 圖8為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的1號(hào)質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)組成的軸測(cè)投影視圖；
[0029] 圖9為本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的2號(hào)支撐部分和4號(hào)壓電疊堆與5號(hào)壓 電疊堆的連接關(guān)系的軸測(cè)投影視圖；
[0030] 圖中：1. 1號(hào)質(zhì)量塊，2. 1號(hào)壓電疊堆，3. 1號(hào)底盤(pán)，4. 1號(hào)支撐部分，5. 1號(hào)壓電彎 曲片，6. 4號(hào)壓電疊堆，7. 2號(hào)壓電疊堆，8. 2號(hào)底盤(pán)，9. 2號(hào)支撐部分，10. 1號(hào)鋼片彈簧，11. 2 號(hào)壓電彎曲片，12. 1號(hào)連接塊，13. 3號(hào)支撐部分，14. 3號(hào)底盤(pán)，15. 3號(hào)壓電疊堆，16. 3號(hào)質(zhì) 量塊，17. 2號(hào)鋼片彈簧，18. 1號(hào)方向控制部分，19. 5號(hào)壓電疊堆，20. 1號(hào)連接鋼片，21. 2號(hào) 質(zhì)量塊，22. 2號(hào)連接鋼片，23. 3號(hào)鋼片彈簧，24. 2號(hào)方向控制部分，25. 2號(hào)連接塊，26. 4號(hào) 鋼片彈簧。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述：
[0032] 參閱圖1，本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置主要由1號(hào)支撐部分4、2號(hào)支撐部分 9、3號(hào)支撐部分13、1號(hào)方向控制部分18、2號(hào)方向控制部分24、4號(hào)壓電疊堆6和5號(hào)壓電 疊堆19組成。
[0033] 參閱圖6,所述的1號(hào)支撐部分4由1號(hào)質(zhì)量塊1、1號(hào)壓電疊堆2、1號(hào)底盤(pán)3、4號(hào) 鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧組成，
[0034] 參閱圖8,1號(hào)質(zhì)量塊1的主體為一實(shí)心圓柱形的金屬結(jié)構(gòu)件，1號(hào)質(zhì)量塊1的主 體右側(cè)底端設(shè)置有一方形的凸起塊，圓柱體的主體與方形的凸起塊底面共面，正方體的頂 端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，1號(hào)質(zhì)量塊1主體的底面設(shè)置有4個(gè)螺紋盲孔，1號(hào)質(zhì)量塊 1的主體底部的4個(gè)螺紋盲孔與1號(hào)壓電疊堆2頂端面的4個(gè)螺孔對(duì)齊并通過(guò)螺釘固定。
[0035] 參閱圖4與圖5,所述的1號(hào)壓電疊堆2由20片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次疊 置而成，每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷片的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷片的 另一側(cè)面由絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè)面，以此類(lèi)推將20片一側(cè)面粘合壓電陶瓷片 的銅箔疊置粘合，從每片壓電陶瓷片上引出導(dǎo)線(xiàn)并將導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián)接入電極a，從每片銅箔上引 出導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián)并接入電極b，初成壓電疊堆；初成的壓電疊堆底部通過(guò)膠粘的方式連接一個(gè) 方形的底端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的基座，頂部通過(guò)膠粘的方式連接一個(gè)矩形的設(shè)置有四個(gè)螺 孔的連接片，最后采用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)壓電疊堆進(jìn)行整體封裝，制成1號(hào)壓電疊堆2。
[0036] 所述的1號(hào)底盤(pán)3為分布有4個(gè)沉頭螺釘孔的金屬圓盤(pán)，1號(hào)支撐部分4中的4號(hào) 鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧為結(jié)構(gòu)相同的矩形鋼片，4號(hào)鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧水 平地上下對(duì)稱(chēng)地放置，4號(hào)鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧的左端與右端各設(shè)置有兩個(gè)螺栓通 孔，4號(hào)鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧左端的螺孔與1號(hào)質(zhì)量塊1右側(cè)的方形凸起塊頂面和 底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，4號(hào)鋼片彈簧26和5號(hào)鋼片彈簧右端的螺孔與2號(hào)連接 塊25的頂面和底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，1號(hào)底盤(pán)3上4個(gè)沉頭螺釘孔與1號(hào)壓電 疊堆2底面的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用沉頭螺釘固定。
[0037] 2號(hào)支撐部分9由2號(hào)質(zhì)量塊21、2號(hào)壓電疊堆7和2號(hào)底盤(pán)8組成，2號(hào)質(zhì)量塊 21的主體為一實(shí)心圓柱形金屬結(jié)構(gòu)件，2號(hào)質(zhì)量塊21主體的左右兩端各設(shè)置有一個(gè)方形的 凸起塊，方形的凸起塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，2號(hào)質(zhì)量塊21主體的底部設(shè)置 有4個(gè)螺紋盲孔。
[0038] 2號(hào)壓電疊堆7與1號(hào)壓電疊堆2結(jié)構(gòu)上完全相同，2號(hào)底盤(pán)8與1號(hào)底盤(pán)3結(jié)構(gòu) 上完全相同，2號(hào)底盤(pán)8上4個(gè)沉頭螺釘孔與2號(hào)壓電疊堆7底面上的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用 沉頭螺釘固定，2號(hào)質(zhì)量塊21的主體底端面的4個(gè)螺孔與2號(hào)壓電疊堆7頂端面的4個(gè)螺 孔對(duì)齊并采用螺釘固定。
[0039] 3號(hào)支撐部分13由3號(hào)質(zhì)量塊16、3號(hào)壓電疊堆15、3號(hào)底盤(pán)14、2號(hào)鋼片彈簧17 和6號(hào)鋼片彈簧組成，3號(hào)質(zhì)量塊16的主體為一實(shí)心圓柱形金屬結(jié)構(gòu)件，其左側(cè)設(shè)置有一正 方形凸起塊，正方形凸起塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，2號(hào)質(zhì)量塊21的主體底部 設(shè)置有4個(gè)螺紋盲孔。
[0040] 3號(hào)壓電疊堆15與1號(hào)壓電疊堆2的結(jié)構(gòu)完全相同，3號(hào)底盤(pán)14的結(jié)構(gòu)和1號(hào)底 盤(pán)3的結(jié)構(gòu)完全相同，2號(hào)鋼片彈簧17和6號(hào)鋼片彈簧為結(jié)構(gòu)相同矩形鋼片，2號(hào)鋼片彈簧 17和6號(hào)鋼片彈簧水平地上下對(duì)稱(chēng)地放置，2號(hào)鋼片彈簧17和6號(hào)鋼片彈簧的左端和右端 各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，2號(hào)鋼片彈簧17和6號(hào)鋼片彈簧右端的螺孔與3號(hào)質(zhì)量塊16左側(cè)的正 方形凸起塊頂端面與底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，2號(hào)鋼片彈簧17和6號(hào)鋼片彈簧左 端的螺孔與1號(hào)連接塊12的頂面和底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，3號(hào)底盤(pán)14上4個(gè) 沉頭螺釘孔與3號(hào)壓電疊堆15底面上的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用沉頭螺釘固定，3號(hào)質(zhì)量塊16 主體底面上的4個(gè)螺孔與3號(hào)壓電疊堆15頂端面的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定。
[0041] 當(dāng)向支撐部分壓電疊堆加以適當(dāng)頻率和振幅的電壓時(shí)，壓電疊堆作高頻振動(dòng)，利 用支撐部分高頻振動(dòng)的減摩效應(yīng)，減小在運(yùn)動(dòng)時(shí)高頻振動(dòng)的支撐部分與接觸面的摩擦。
[0042] 參閱圖2與圖3,所述4號(hào)壓電疊堆6由25片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次上下 疊置而成，即每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷片的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷 片的另一側(cè)面采用絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè)面，以此類(lèi)推將25片一側(cè)面粘合壓電 陶瓷片的銅箔采用絕緣膠水疊置粘合在一起，從每片壓電陶瓷片上引出導(dǎo)線(xiàn)并將導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián) 接入電極a，從每片銅箔上引出導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián)并接入電極b，初成壓電疊堆；初成的壓電疊堆底 部通過(guò)膠粘的方式連接一個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的左基座，頂部通過(guò)膠粘的方 式連接一個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的右基座，左基座上的四個(gè)螺孔與右基座上的 四個(gè)螺孔皆為成對(duì)地相對(duì)設(shè)置，左基座上的四個(gè)螺孔與右基座上的四個(gè)螺孔相差90°，最 后采用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)壓電疊堆進(jìn)行整體封裝，制成4號(hào)壓電疊堆6。
[0043] 4號(hào)壓電疊堆6右端與2號(hào)質(zhì)量塊21左端正方形的凸起塊對(duì)齊，采用上下兩片結(jié) 構(gòu)相同的固定鋼片與螺釘固定連接，4號(hào)壓電疊堆6的左端螺孔與2號(hào)方向控制部分24的 右端螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定連接。
[0044] 參閱圖9, 5號(hào)壓電疊堆19的結(jié)構(gòu)與4號(hào)壓電疊堆6的結(jié)構(gòu)完全相同，5號(hào)壓電疊 堆19的左端與2號(hào)質(zhì)量塊21右端正方形的凸起塊對(duì)齊并采用上下兩片結(jié)構(gòu)相同的固定鋼 片與螺釘固定連接，5號(hào)壓電疊堆19的右端螺孔與1號(hào)方向控制部分18的左端螺孔對(duì)齊并 米用螺釘固定。
[0045] 當(dāng)向壓電疊堆施加固定電壓時(shí)，壓電疊堆的壓電效應(yīng)使得壓電疊堆伸長(zhǎng)，使尺蠖 仿生裝置移動(dòng)一步長(zhǎng)，尺蠖仿生裝置移動(dòng)步長(zhǎng)與壓電疊堆伸長(zhǎng)長(zhǎng)度一致。
[0046] 參閱圖7,所述2號(hào)方向控制部分24由3號(hào)鋼片彈簧23和7號(hào)鋼片彈簧組成，3號(hào) 鋼片彈簧23為一個(gè)兩面都粘貼有1號(hào)壓電彎曲片5的矩形鋼片彈簧，所采用的1號(hào)壓電彎 曲片5為芯明天科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為CMBP01的壓電彎曲片，7號(hào)鋼片彈簧與3號(hào)鋼 片彈簧23的結(jié)構(gòu)完全相同，兩片鋼片彈簧的兩端各設(shè)置有兩個(gè)螺釘通孔，兩片鋼片彈簧的 右端分別置于4號(hào)壓電疊堆6左端的前后兩側(cè)采用螺釘固定，兩片鋼片彈簧縱向?qū)ΨQ(chēng)線(xiàn)處 于水平位置，兩片鋼片彈簧垂直放置，即兩片鋼片彈簧的橫向?qū)ΨQ(chēng)線(xiàn)垂直于水平方向，2號(hào) 方向控制部分24的兩片鋼板彈簧的左端螺孔與2號(hào)連接塊25前后方向的螺孔對(duì)齊并采用 螺釘固定，2號(hào)方向控制部分24的右端的螺孔與4號(hào)壓電疊堆6的左端前后方向的螺孔對(duì) 齊并采用螺釘固定。
[0047] 1號(hào)方向控制部分18與2號(hào)方向控制部分24結(jié)構(gòu)完全相同，1號(hào)方向控制部分18 中兩片鋼片彈簧（1號(hào)鋼片彈簧10與8號(hào)鋼片彈簧）的右端螺孔與1號(hào)連接塊12前后端 面上的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，1號(hào)方向控制部分18的兩片鋼片彈簧左端的螺孔與5號(hào) 壓電疊堆19右端前后端面上的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定。
[0048] 本實(shí)用新型所述的尺蠖仿生裝置的工作過(guò)程如下：
[0049] 給1號(hào)壓電疊堆2提供高頻驅(qū)動(dòng)電壓，使得1號(hào)支撐部分4實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)，同時(shí)向 4號(hào)壓電疊堆6施加固定電壓，使得4號(hào)壓電疊堆6長(zhǎng)度增長(zhǎng)，推動(dòng)處于高頻振動(dòng)狀態(tài)的1 號(hào)支撐部分4向前移動(dòng)，停止向1號(hào)壓電疊堆2施加高頻驅(qū)動(dòng)電壓同時(shí)給2號(hào)壓電疊堆7 施加高頻驅(qū)動(dòng)電壓。使得2號(hào)支撐部分9實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)，停止向4號(hào)壓電疊堆6施加固定 電壓同時(shí)向5號(hào)壓電疊堆19施加固定電壓，4號(hào)壓電疊堆6變回原形同時(shí)5號(hào)壓電疊堆19 伸長(zhǎng)，從而推動(dòng)處于高頻振動(dòng)狀態(tài)的2號(hào)支撐部分9向前移動(dòng)一步長(zhǎng)。停止向2號(hào)壓電疊 堆7施加高頻驅(qū)動(dòng)電壓同時(shí)向3號(hào)壓電疊堆15施加高頻驅(qū)動(dòng)電壓，使3號(hào)支撐部分13實(shí) 現(xiàn)高頻振動(dòng)，停止向5號(hào)壓電疊堆19施加固定電壓，使得5號(hào)壓電疊堆19變回原形，拉動(dòng) 處于高頻振動(dòng)狀態(tài)的3號(hào)支撐部分13向前前進(jìn)一步長(zhǎng)。至此整個(gè)裝置完成向前一步長(zhǎng)的 運(yùn)動(dòng)。
[0050] 所述的尺蠖仿生裝置在向前運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)1號(hào)支撐部分4做高頻振動(dòng)向前移 動(dòng)時(shí)，向固定在2號(hào)方向控制部分24上的4片壓電彎曲片施加固定的正電壓，使得壓電彎 曲片形變，引起鋼片彈簧形變，兩片鋼片彈簧向右彎曲，達(dá)到使裝置右轉(zhuǎn)的目的，當(dāng)向固定 在2號(hào)方向控制部分24上的4片壓電彎曲片施加固定的負(fù)電壓，使得壓電彎曲片形變，引 起鋼片彈簧形變，兩片鋼片彈簧向左彎曲，達(dá)到使裝置左轉(zhuǎn)的目的。
【權(quán)利要求】
1. 一種尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的尺蠖仿生裝置包括1號(hào)支撐部分（4)、4號(hào) 壓電疊堆（6)、2號(hào)支撐部分（9)、3號(hào)支撐部分（13)、1號(hào)方向控制部分（18)、5號(hào)壓電疊堆 (19)和2號(hào)方向控制部分（24); 2號(hào)支撐部分（9)的右端與5號(hào)壓電疊堆（19)的左端固定連接，5號(hào)壓電疊堆（19)的 右端與1號(hào)方向控制部分（18)的左端固定連接，1號(hào)方向控制部分（18)的右端與3號(hào)支 撐部分（13)的左端固定連接；2號(hào)支撐部分（9)的左端與4號(hào)壓電疊堆￠)的右端固定連 接，4號(hào)壓電疊堆（6)的左端與2號(hào)方向控制部分（24)的右端固定連接，2號(hào)方向控制部分 (24)的左端與1號(hào)支撐部分（4)的右端固定連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的2號(hào)支撐部分（9)的右端 與5號(hào)壓電疊堆（19)的左端固定連接是指： 5號(hào)壓電疊堆（19)的左基座與2號(hào)支撐部分（9)中的2號(hào)質(zhì)量塊（21)右端的正方形 的凸起塊對(duì)齊，采用上下兩片結(jié)構(gòu)相同的固定鋼片與螺釘固定連接。
3. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的5號(hào)壓電疊堆（19)的右 端與1號(hào)方向控制部分（18)的左端固定連接，1號(hào)方向控制部分（18)的右端與3號(hào)支撐部 分（13)的左端固定連接是指： 所述1號(hào)方向控制部分（18)由兩片兩面都貼有壓電彎曲片的鋼片彈簧組成，兩片鋼片 彈簧的兩端各設(shè)置有兩個(gè)螺釘通孔，兩片鋼片彈簧的左端分置于5號(hào)壓電疊堆（19)右端的 前后兩側(cè)與5號(hào)壓電疊堆（19)右端前后端面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定，1號(hào)方向控制部 分（18)的兩片鋼板彈簧的右端螺孔與1號(hào)連接塊（12)前后端面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固 定。
4. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的1號(hào)支撐部分（4)由1號(hào) 質(zhì)量塊⑴、1號(hào)壓電疊堆⑵、1號(hào)底盤(pán)⑶、4號(hào)鋼片彈簧（26)和5號(hào)鋼片彈簧組成； 所述的1號(hào)質(zhì)量塊（1)的主體為一實(shí)心圓柱形的金屬結(jié)構(gòu)件，1號(hào)質(zhì)量塊（1)的主體右 側(cè)底端設(shè)置有一個(gè)方形的凸起塊，圓柱體形的主體與方形的凸起塊底面共面，方形的凸起 塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，1號(hào)質(zhì)量塊（1)主體的底面設(shè)置有4個(gè)螺紋盲孔； 所述的1號(hào)底盤(pán)（3)的中心處分布有4個(gè)沉頭螺釘孔的金屬圓盤(pán)； 所述的4號(hào)鋼片彈簧（26)和5號(hào)鋼片彈簧為結(jié)構(gòu)相同的矩形鋼片，4號(hào)鋼片彈簧（26) 和5號(hào)鋼片彈簧的左端與右端各設(shè)置有兩個(gè)螺栓通孔；4號(hào)鋼片彈簧（26)和5號(hào)鋼片彈簧 左端的螺孔與1號(hào)質(zhì)量塊（1)右側(cè)的方形的凸起塊頂面和底面的螺孔對(duì)齊并采用螺釘固 定，1號(hào)壓電疊堆（2)的頂端與1號(hào)質(zhì)量塊（1)主體的底面螺栓連接，1號(hào)底盤(pán)（3)上4個(gè) 沉頭螺釘孔與1號(hào)壓電疊堆（2)底端的4個(gè)螺孔對(duì)齊并采用螺釘固定。
5. 按照權(quán)利要求4所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的1號(hào)壓電疊堆（2)由20 片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次上下疊置粘合而成，即每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷 的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷片的另一側(cè)面采用絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè) 面，以此類(lèi)推20片一側(cè)面粘合壓電陶瓷片的銅箔采用絕緣膠水疊置粘合成壓電疊堆，每片 壓電陶瓷片連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極a，每片銅箔連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極b，壓電疊堆的底部膠粘 一個(gè)方形的底端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的基座，壓電疊堆的頂部與一個(gè)矩形的設(shè)置有四個(gè)螺孔 的連接片膠粘，壓電疊堆整體采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝。
6. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的1號(hào)支撐部分（4)與3號(hào) 支撐部分（13)結(jié)構(gòu)相同，4號(hào)壓電疊堆（6)與5號(hào)壓電疊堆（19)結(jié)構(gòu)相同，1號(hào)方向控制 部分（18)與2號(hào)方向控制部分（24)結(jié)構(gòu)相同。
7. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的4號(hào)壓電疊堆（6)由25 片粘貼有壓電陶瓷片的銅箔依次上下疊置粘合而成，即每片銅箔的一側(cè)面與一片壓電陶瓷 的一側(cè)面采用導(dǎo)電膠水粘合，壓電陶瓷片的另一側(cè)面采用絕緣膠水粘合另一片銅箔的一側(cè) 面，以此類(lèi)推25片一側(cè)面粘合壓電陶瓷片的銅箔采用絕緣膠水疊置粘合成壓電疊堆，每片 壓電陶瓷片連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極a，每片銅箔連接導(dǎo)線(xiàn)并連接電極b，壓電疊堆底部膠粘一 個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置有四個(gè)螺孔的下基座，壓電疊堆頂部膠粘一個(gè)方形的兩側(cè)端面設(shè)置 有四個(gè)螺孔的上基座，上基座上的四個(gè)螺孔與下基座上的四個(gè)螺孔皆為成對(duì)地相對(duì)設(shè)置， 上基座上的四個(gè)螺孔與下基座上的四個(gè)螺孔相差90°，壓電疊堆整體采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝。
8. 按照權(quán)利要求1所述的尺蠖仿生裝置，其特征在于，所述的2號(hào)支撐部分（9)由2號(hào) 質(zhì)量塊（21)、2號(hào)壓電疊堆（7)和2號(hào)底盤(pán)⑶組成； 所述的2號(hào)質(zhì)量塊（21)的主體為一實(shí)心圓柱形金屬結(jié)構(gòu)件，2號(hào)質(zhì)量塊（21)主體的左 右兩端各設(shè)置一個(gè)方形的凸起塊，兩端方形的凸起塊的頂端面與底面各設(shè)置有兩個(gè)螺孔，2 號(hào)質(zhì)量塊（21)主體的底面設(shè)置有4個(gè)螺紋盲孔；2號(hào)質(zhì)量塊（21)的主體和1號(hào)支撐部分 (4)中的1號(hào)質(zhì)量塊（1)的主體與3號(hào)支撐部分（13)中的3號(hào)質(zhì)量塊（16)結(jié)構(gòu)相同； 2號(hào)壓電疊堆（7)和1號(hào)支撐部分（4)中的1號(hào)壓電疊堆⑵與3號(hào)支撐部分（13)中 的3號(hào)壓電疊堆（15)結(jié)構(gòu)相同； 2號(hào)底盤(pán)⑶和1號(hào)支撐部分⑷中的1號(hào)底盤(pán)（3)與3號(hào)支撐部分（13)中的3號(hào)底 盤(pán)結(jié)構(gòu)相同； 2號(hào)質(zhì)量塊（21)與2號(hào)壓電疊堆（7)頂端的連接片螺釘連接，2號(hào)壓電疊堆（7)的底 部基座與2號(hào)底盤(pán)（8)螺釘連接。
【文檔編號(hào)】H02N2/12GK203883699SQ201420291515
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】孫曉東, 孫巖, 王玉祥, 趙天, 張英鵬, 王珊珊 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)