仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，屬于精密加工領(lǐng)域。由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子分為一、二、三層并通過(guò)柔性鉸鏈形成整體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)封裝有薄壁柔性鉸鏈、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。基于尺蠖運(yùn)動(dòng)原理，該裝置通過(guò)壓電疊堆的正向推理作用、柔性鉸鏈的反向彈力作用以及柔性鉸鏈的箝位作用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的步進(jìn)正、反雙向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)。該壓電驅(qū)動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)緊湊，小巧、位移控制精度高、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)功率低、工作頻率寬、效益高等。本實(shí)用新型可應(yīng)用于超精密加工機(jī)床、微機(jī)電系統(tǒng)、精密光學(xué)、航空航天和機(jī)器人等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密加工領(lǐng)域，特別涉及一種仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，可應(yīng)用于超精密加工機(jī)床、微機(jī)電系統(tǒng)、精密光學(xué)、航空航天和機(jī)器人等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們的研究領(lǐng)域由已經(jīng)從宏觀拓展入微觀，對(duì)精密位移及精密定位的要求日益提高，尤其是在航空航天科技、軍事技術(shù)、精密加工、精密光學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、顯微鏡技術(shù)、掃描隧道顯微鏡、微型零件的操作和裝配、半導(dǎo)體制造設(shè)備以及光電等等聞尖端的科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】中，最新的研究成果和聞端技術(shù)的應(yīng)用使精密驅(qū)動(dòng)和定位技術(shù)走出了傳統(tǒng)思維的限制，越來(lái)越多的各式各樣的精密驅(qū)動(dòng)及精密定位裝置被開(kāi)發(fā)出來(lái)，走入了我們的視野。
[0003]傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器如普通電機(jī)、桿螺母副、渦輪-凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪-杠桿機(jī)構(gòu)等存在結(jié)構(gòu)尺寸大、定位精度低、易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象、加工困難等缺點(diǎn)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代精密驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)要求。尤其是當(dāng)需要自由度的運(yùn)動(dòng)輸出時(shí)，需要將多個(gè)單自由度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合使用，這樣的組合使上述缺點(diǎn)更加突出。因此，在這樣的背景下，設(shè)計(jì)一種具有多自由度且定位精度高的精密微小型驅(qū)動(dòng)器是非常必要的。于是，研究人員們開(kāi)始尋求新型材料作為電能一機(jī)械能轉(zhuǎn)換元件，而壓電陶瓷材料正具備此類(lèi)精密驅(qū)動(dòng)器所需要的優(yōu)點(diǎn)，如壓電陶瓷材料具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、精度高、驅(qū)動(dòng)力大、驅(qū)動(dòng)功率低、工作頻率寬、不受電磁干擾、無(wú)空回、低能耗等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著壓電元件技術(shù)的不斷進(jìn)步，由此類(lèi)元件作為驅(qū)動(dòng)的精密驅(qū)動(dòng)器受到了廣泛的關(guān)注。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)尺寸大、定位精度低、易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象、加工困難等問(wèn)題。本發(fā)明采用了新型材料作為電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化元件，且本裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分和直線驅(qū)動(dòng)部分為一體化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0005]本發(fā)明主要分為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)模塊和直線運(yùn)動(dòng)模塊兩部分且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分和直線驅(qū)動(dòng)部分之前無(wú)需任何元件連接，為一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)裝置主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)子為一根轉(zhuǎn)軸，輸出端開(kāi)有螺紋口，可以將動(dòng)力輸出。該驅(qū)動(dòng)裝置采用轉(zhuǎn)子內(nèi)部穩(wěn)定嵌位方式，定子與轉(zhuǎn)子間無(wú)軸承連接，故其動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。定子為上、中、下三層結(jié)構(gòu)，并封裝有壓電疊堆和薄壁柔性鉸鏈。驅(qū)動(dòng)作用由驅(qū)動(dòng)壓電疊堆及相應(yīng)的薄壁柔性鉸鏈實(shí)現(xiàn)；箝位作用由箝位壓電疊堆和嵌于定子中心的薄壁柔性鉸鏈實(shí)現(xiàn)。按一定時(shí)序控制各個(gè)壓電疊堆的得電與失電，即可實(shí)現(xiàn)輸出軸繞中心軸的順、逆時(shí)針的任意角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及輸出軸的軸向方向的上、下直線步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。所述定子中封裝的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)既提高了旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和高精度性又保證了箝位的穩(wěn)定性，使其與壓電疊堆綜合作用，便可實(shí)現(xiàn)箝位和驅(qū)動(dòng)交替進(jìn)行的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，包括轉(zhuǎn)子1、定子2，所述轉(zhuǎn)子I為一轉(zhuǎn)軸，其輸出端設(shè)有鏈接用螺紋孔且軸與定子2中部的軸孔過(guò)渡配合；所述定子2分為定子上、中、下三層結(jié)構(gòu)，定子三層結(jié)構(gòu)之間通過(guò)薄壁柔性鉸鏈A、B連接，定子上層和定子中層為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分，定子中層和定子下層為直線驅(qū)動(dòng)部分，在定子上層中嵌入四組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓電疊堆1、I1、II1、IV6、7、10、11和兩組定子上層箝位壓電疊堆
I>11 8、9，在定子中層嵌入兩組定子中層箝位壓電疊堆1、11 22、23，在定子下層嵌入兩組直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34,39及兩組定子下層箝位壓電疊堆1、II 36、37。
[0008]所述的轉(zhuǎn)子I為無(wú)繞線結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓電疊堆1、I1、II1、IV6、7、10、11、定子上層箝位壓電疊堆1、
II8、9、定子中層箝位壓電疊堆1、II 22、23、直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34,39及定子下層箝位壓電疊堆1、11 36、37全部采用形體可控面型的壓電疊堆，通過(guò)對(duì)壓電疊堆的時(shí)序電壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0010]所述的轉(zhuǎn)子I的運(yùn)動(dòng)和停止均由定子2中封裝的薄壁柔性鉸鏈C的箝位作用實(shí)現(xiàn)。
[0011]所述的轉(zhuǎn)子2繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子沿軸直線運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分與直線驅(qū)動(dòng)部分為一整體式結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體式結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)剛性和穩(wěn)定性都比較強(qiáng)。該裝置采用轉(zhuǎn)子內(nèi)部穩(wěn)定嵌位方式，且通過(guò)封裝在定子中的薄壁柔性鉸鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的箝位作用，定子與轉(zhuǎn)子間無(wú)軸承連接，故驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有極高的旋轉(zhuǎn)分辨率，并能實(shí)現(xiàn)大行程連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)按時(shí)序控制各個(gè)壓電疊堆的得電或失電，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子繞軸線雙向任意角度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿該軸線方向的雙向直線運(yùn)動(dòng)，并且在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)相反方向均通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓電疊堆的形變推力實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)力更加穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)更加精確。通過(guò)轉(zhuǎn)子輸出端的三個(gè)均布螺紋孔可以將動(dòng)力輸出。本發(fā)明采用了壓電疊堆作為驅(qū)動(dòng)源，具有結(jié)構(gòu)小、精度高、驅(qū)動(dòng)力自由度多、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力大、驅(qū)動(dòng)功率低、工作頻率寬、不受電磁干擾、無(wú)空回、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于精密加工、精密光學(xué)、半導(dǎo)體制造、航空航天、軍事科技等眾多領(lǐng)域，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0015]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的主視示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的后視示意圖
[0018]圖4為本發(fā)明的俯視示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明的仰視示意圖；
[0020]圖6為本發(fā)明的左視示意圖；
[0021]圖7為本發(fā)明的右視示意圖；
[0022]圖8為圖2的A-A剖視示意圖。
[0023]圖中:1.轉(zhuǎn)子；2.定子；3.螺紋孔I ；4.螺紋孔II ；5.螺紋孔III ；6.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I ;7.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆II ；8.定子上層箝位壓電疊堆I ;9.定子上層箝位壓電疊堆
II；10.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆III; 11.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆IV ;12.螺釘I ;13.螺釘II ；14.螺釘
III；15.螺釘 IV ；16.螺釘 V;17.螺釘 VI ；18.螺釘 VII ；19.螺釘 VIII ；20.螺釘 IX ；21.螺釘Χ;22.定子中層箝位壓電疊堆I ;23.定子中層箝位壓電疊堆II ；24.螺釘XI ；25.螺釘 XII ；26.螺釘 XIII ；27.螺釘 XI V; 28.螺釘 XV ; 29.螺釘 XVI ；30.螺釘 XVII ；31.螺釘XVIII ；32.螺釘ΧΙΧ;33.螺釘XX ;34.直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I ;35.螺釘XXI ;36.定子下層箝位壓電疊堆I ;37.定子下層箝位壓電疊堆II ；38.螺釘XXII ；39.直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆II ；40.沉頭螺釘I ;41.沉頭螺釘II。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其【具體實(shí)施方式】。
[0025]參見(jiàn)圖1至圖8所示，本發(fā)明的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，包括轉(zhuǎn)子I和定子2兩部分，所述轉(zhuǎn)子I為一轉(zhuǎn)軸，與定子2中部的軸孔過(guò)渡配合，其輸出端開(kāi)有三個(gè)均勻分布的螺紋孔1、I1、ΠΙ 3、4、5作為動(dòng)力輸出。
[0026]參見(jiàn)圖4、圖6及圖7所示，所述定子2分為定子上、中、下三層結(jié)構(gòu)，定子三層結(jié)構(gòu)之間通過(guò)薄壁柔性鉸鏈Α、B連接，定子上層和定子中層為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分，定子中層和定子下層為直線驅(qū)動(dòng)部分，在定子下層中設(shè)置兩組直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、11 34,39直接作用于定子中層。驅(qū)動(dòng)和箝位機(jī)構(gòu)均位于定子中，定子上層嵌入四組旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、11、111、IV6、7、10、11和兩組定子上層箝位壓電疊堆1、II 8、9 ;定子中層嵌入兩組定子中層箝位壓電疊堆1、11 22、23，定子下層中，有兩組直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34、39，裝配時(shí)，這兩組壓電疊堆通過(guò)沉頭螺釘1、II 40、41固定在定子下層，并直接作用于定子中間層結(jié)構(gòu)。
[0027]對(duì)轉(zhuǎn)子I的箝位作用通過(guò)嵌于定子2的箝位壓電疊堆及定子2與轉(zhuǎn)子I之間的薄壁柔性鉸鏈C綜合實(shí)現(xiàn)。
[0028]所述定子2上層結(jié)構(gòu)嵌有四組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓電疊堆1、I1、II1、IV6、7、10、11和定子上層箝位壓電疊堆1、11 8、9，并分別通過(guò)螺釘V1、VII ；XII ,XIII ；VII1、IX ;XIV、XV;III ；XVIII 17、18 ;25、26 ;19、20 ;27、28 ;14 ;31固定在定子上層。定子上層封裝有薄壁柔性鉸鏈A、C，使定子上層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的微小轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，定子中心封裝的薄壁柔性鉸鏈C，貫穿于定子上、中、下層，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子的箝位作用。
[0029]所述定子中層嵌入定子中層箝位壓電疊堆1、II 22、23，并通過(guò)螺釘X、XI 21,24固定于定子中層。另外，通過(guò)螺釘 1、I1、IV、VXV1、XVI1、XIX、XX 12、13、15、16、29、30、32、33將定子上層邊緣與定子中層邊緣連接成為一體。
[0030]所述定子下層嵌入直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34,39和定子下層箝位壓電疊堆1、II 36、37，并通過(guò)沉頭螺釘1、II 40、41固定直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34、39 ;通過(guò)螺釘XX1、XXII 35,38固定定子下層箝位壓電疊堆1、II 36、37。兩組直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II 34,39穿過(guò)定子下層直接作用于定子中層。定子下層、定子中層同過(guò)薄壁柔性鉸鏈B連接。
[0031]所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分與直線驅(qū)動(dòng)部分為一整體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊小巧。
[0032]本發(fā)明為一整體式結(jié)構(gòu)，有利于提高系統(tǒng)剛性，從而增加系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0033]轉(zhuǎn)子I無(wú)繞線可任意方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)施加力時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)繞軸線方向正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子I軸端的輸出連接螺釘可將動(dòng)力輸出，具體工作流程如下:
[0034]初始狀態(tài):所有驅(qū)動(dòng)壓電疊堆及箝位壓電疊堆6、7、8、9、10、11、22、23、34、36、37、39均不帶電，系統(tǒng)處于自由狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)子亦處于游動(dòng)狀態(tài)。
[0035]Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng):轉(zhuǎn)子I在低頻下開(kāi)始繞軸線方向旋轉(zhuǎn):定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2上層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2上層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子1，使得轉(zhuǎn)子I和定子2的上層結(jié)構(gòu)連接為一整體；同時(shí)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓壓電疊堆I 6、IV 11伸長(zhǎng)帶動(dòng)定子2上層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子I此時(shí)和定子2的上層結(jié)構(gòu)連接在一起，故同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)過(guò)一定微小角度；定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2中層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2中層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子I，轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一整體；定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9失電，轉(zhuǎn)子I與定子2上層結(jié)構(gòu)分離，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓壓電疊堆I 6、IV 11失電恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，于是定子2的上層結(jié)構(gòu)在上層的薄壁柔性鉸鏈A的作用下彈性恢復(fù)至初始狀態(tài)；定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9得電，同時(shí)壓電疊堆定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23失電；重復(fù)以上步驟并配合相應(yīng)時(shí)序即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子(I)在低頻下的順時(shí)針連續(xù)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。
[0036]Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng):轉(zhuǎn)子I在低頻下開(kāi)始繞軸線方向旋轉(zhuǎn):定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2上層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2上層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子1，使得轉(zhuǎn)子I和定子2的上層結(jié)構(gòu)連接為一整體；同時(shí)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓電疊堆II 7 JII 10伸長(zhǎng)帶動(dòng)定子2上層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2中層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2中層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子1，轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一整體；定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9失電，轉(zhuǎn)子I與定子2上層結(jié)構(gòu)分離，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)壓壓電疊堆II 7、III 10失電恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，于是，定子2的上層結(jié)構(gòu)在上層的薄壁柔性鉸鏈A的作用下彈性恢復(fù)至初始狀態(tài)；定子上層箝位壓電疊堆I 8、II 9得電，同時(shí)壓電疊堆定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23失電；重復(fù)以上步驟并配合相應(yīng)時(shí)序即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子I在低頻下的逆時(shí)針連續(xù)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)。
[0037]Z軸向上運(yùn)動(dòng):轉(zhuǎn)子I在低頻下開(kāi)始沿軸向直線向上運(yùn)動(dòng):定子中層箝位壓電疊堆I 22、II 23得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2中層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2中層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子I，轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一整體；直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I 34、II 39得電伸長(zhǎng)，沿軸向方向移動(dòng)微小距離，直接作用于定子2中層，因轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一體，故轉(zhuǎn)子I沿軸向方向向上產(chǎn)生了微小移動(dòng)；定子下層箝位壓電疊堆I 36、II 37得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2下層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2下層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子I，轉(zhuǎn)子I和定子2下層結(jié)構(gòu)連接為一整體，定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23及直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I 34、II 39失電恢復(fù)到初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)分離，定子2中層結(jié)構(gòu)在中層和下層間薄壁柔性鉸鏈B作用下彈性恢復(fù)至初始狀態(tài)；定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23得電，同時(shí)定子下層箝位壓電疊堆I 36、II 37失電；重復(fù)以上步驟配合相應(yīng)時(shí)序即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子3在低頻下連續(xù)沿軸向向上步進(jìn)移動(dòng)。
[0038]Z軸直線向下運(yùn)動(dòng):轉(zhuǎn)子3在低頻下開(kāi)始沿軸向直線向下運(yùn)動(dòng):定子下層箝位壓電疊堆I 36、11 37得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2下層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2下層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子I，轉(zhuǎn)子I和定子2下層結(jié)構(gòu)連接為一整體；直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I 34、II 39得電伸長(zhǎng)，沿軸向方向向上移動(dòng)微小距離，直接作用于定子2中層，由于此時(shí)的轉(zhuǎn)子I是和定子2下層結(jié)構(gòu)連接為一體的，因此轉(zhuǎn)子I在Z軸方向未發(fā)生移動(dòng)；定子下層箝位壓電疊堆I 36、II 37失電，同時(shí)，定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23得電伸長(zhǎng)，通過(guò)定子2中層結(jié)構(gòu)中的薄壁柔性鉸鏈C使定子2中層內(nèi)孔夾緊轉(zhuǎn)子1，轉(zhuǎn)子I和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一整體；直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆I 34、11 39恢復(fù)到初始狀態(tài)，定子2中層結(jié)構(gòu)在中層和下層間薄壁柔性鉸鏈B作用下彈性恢復(fù)至初始狀態(tài)，定子2中層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沿軸向向下移動(dòng)微小距離，由于的轉(zhuǎn)子I是和定子2中層結(jié)構(gòu)連接為一體的，此時(shí)故轉(zhuǎn)子I也沿軸向向下移動(dòng)微小距離；定子下層箝位壓電疊堆I 36、II 37得電，同時(shí)定子中層箝位壓電疊堆I 22、11 23失電；重復(fù)以上步驟配合相應(yīng)時(shí)序即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子I在低頻下連續(xù)沿軸向向下步進(jìn)移動(dòng)。
[0039]轉(zhuǎn)子I用于完成動(dòng)力、載荷輸出，可將外輸出部件通過(guò)相應(yīng)連接方式連接在轉(zhuǎn)子3上。整個(gè)多自由度驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)具有嚴(yán)格的時(shí)序邏輯。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對(duì)本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，包括轉(zhuǎn)子(I)、定子(2)，所述轉(zhuǎn)子(I)為一轉(zhuǎn)軸，其輸出端設(shè)有鏈接用螺紋孔且軸與定子(2)中部的軸孔過(guò)渡配合；所述定子(2)分為定子上、中、下三層結(jié)構(gòu)，定子三層結(jié)構(gòu)之間通過(guò)薄壁柔性鉸鏈A、B連接，定子上層和定子中層為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分，定子中層和定子下層為直線驅(qū)動(dòng)部分，在定子上層中嵌入四組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓電疊堆1、11、111、1￥(6、7、10、11)和兩組定子上層箝位壓電疊堆1、II (8、9)，在定子中層嵌入兩組定子中層箝位壓電疊堆1、II(22、23)，在定子下層嵌入兩組直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II (34,39)及兩組定子下層箝位壓電疊堆 1、II (36、37)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(I)為無(wú)繞線結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓電疊堆1、I1、II1、IV (6、7、10、11)、定子上層箝位壓電疊堆1、11(8、9)、定子中層箝位壓電疊堆1、II (22、23)、直線驅(qū)動(dòng)壓電疊堆1、II (34,39)及定子下層箝位壓電疊堆1、II(36、37)全部采用形體可控面型的壓電疊堆，通過(guò)對(duì)壓電疊堆的時(shí)序電壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(O的運(yùn)動(dòng)和停止均由定子(2)中封裝的薄壁柔性鉸鏈C的箝位作用實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(2 )繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子沿軸直線運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生多自由度精密壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分與直線驅(qū)動(dòng)部分為一整體式結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02N2/00GK204190646SQ201420593460
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】趙宏偉, 時(shí)月, 劉彥超, 付海雙, 金明駿, 杜憲成, 劉陽(yáng) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)