動(dòng)壓電堆6掉電回縮ΛΧ，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)彈性變形恢復(fù)，其恢復(fù)力拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中右“回”形結(jié)構(gòu)進(jìn)而拉動(dòng)輸出桿8向左運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載并一同移動(dòng)Δχ，此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值從穩(wěn)定值a到一個(gè)穩(wěn)定值b ;第六步，右鉗位壓電堆7掉電回縮使得右鉗位機(jī)構(gòu)9鉗位，此時(shí)由于前步所述右“回”形結(jié)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)了 Δχ而右微凸條17和微凹槽19也是等間隔ΛΧ，因此所述右微凸條17和微凹槽19再次相互咬合，且菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變被保持在穩(wěn)定值b ;重復(fù)步驟一到六，輸出桿8以步進(jìn)方式向左運(yùn)動(dòng)，由于鉗位過程中所述左微凸條13、右微凸條17均與微凹槽19相互咬合，因此作動(dòng)器能以大拉力驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而重復(fù)步驟一到六的過程所測(cè)應(yīng)變值會(huì)經(jīng)歷“零-穩(wěn)定值a-穩(wěn)定值b-零”的循環(huán)，這樣每次循環(huán)均能被識(shí)別記錄并計(jì)數(shù)，于是作動(dòng)器在η次向左步進(jìn)后其位移值為d = η.Δχ ;為使作動(dòng)器在輸出桿8能向右拉動(dòng)大負(fù)載同時(shí)能測(cè)量向右的位移值，第一步，右鉗位壓電堆7通電伸長(zhǎng)使得右鉗位機(jī)構(gòu)9解鎖，此時(shí)原相互咬合的右微凸條17和微凹槽19松開，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上應(yīng)力被釋放，應(yīng)變值歸零；第二步，控制器采用閉環(huán)方式控制驅(qū)動(dòng)壓電堆6通電伸長(zhǎng)Λχ，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中右“回”形結(jié)構(gòu)進(jìn)而推動(dòng)輸出桿8驅(qū)動(dòng)負(fù)載向右運(yùn)動(dòng)Λ X，此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值從零達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值a ;第三步，右鉗位壓電堆7掉電回縮使得右鉗位機(jī)構(gòu)9鉗位，由于前步所述右“回”形結(jié)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)了 Δχ而右微凸條17和微凹槽19也是等間隔Δ X，因此所述右微凸條17和微凹槽19再次相互咬合；第四步，左鉗位壓電堆3通電伸長(zhǎng)使得左鉗位機(jī)構(gòu)2解鎖，此時(shí)原相互咬合的左微凸條13和微凹槽19松開；第五步，控制器以閉環(huán)控制方式控制驅(qū)動(dòng)壓電堆6掉電回縮ΛΧ，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)彈性變形恢復(fù)，其恢復(fù)力拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中左“回”形結(jié)構(gòu)向右移動(dòng)Λχ，此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值從穩(wěn)定值a到一個(gè)穩(wěn)定值b ;第六步，左鉗位壓電堆3掉電回縮使得左鉗位機(jī)構(gòu)2鉗位，此時(shí)由于前步所述左“回”形結(jié)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)了而右微凸條17和微凹槽19也是等間隔Λ X，因此所述右微凸條17和微凹槽19再次相互咬合，且菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變被保持在穩(wěn)定值b ;重復(fù)步驟一到六，輸出桿8以步進(jìn)方式向右運(yùn)動(dòng)，由于鉗位過程中所述左微凸條13、右微凸條17均與微凹槽19相互咬合，因此作動(dòng)器能以大推力驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而重復(fù)步驟一到六的過程所測(cè)應(yīng)變值會(huì)經(jīng)歷“零-穩(wěn)定值a-穩(wěn)定值b-零”的循環(huán)，因此每次循環(huán)均能被計(jì)數(shù)并記錄，于是作動(dòng)器在η次向右步進(jìn)后其位移值為d = η.Δχ0
[0012]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]I)本發(fā)明所述作動(dòng)器具有測(cè)量輸出位移的功能，作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，其輸出位移可由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上的所測(cè)應(yīng)變值換算得到。本發(fā)明改變了以往作動(dòng)器只能輸出大位移卻無法測(cè)量反饋輸出位移值的現(xiàn)狀。
[0014]2)本發(fā)明給出了一種基于應(yīng)變檢測(cè)的大位移高分辨率位移檢測(cè)方法，其在大位移量程情況下還能保證高位移分辨率。由于一般位移傳感器的量程與分辨率成反比，即分辨率高則位移量程小，反之位移量程大則分辨率降低，因此如何在具有大位移量程情況下還能保證較高位移分辨率一般是個(gè)難點(diǎn)。本發(fā)明所述作動(dòng)器的單步步進(jìn)位移為微凹槽19的間隔Λχ，從所測(cè)應(yīng)變值的循環(huán)周期信號(hào)(“零-穩(wěn)定值a-穩(wěn)定值b-零”)中可以獲取作動(dòng)器的實(shí)際步進(jìn)數(shù)，再將每步步進(jìn)位移△ X累加，便獲得大位移行程下具有位移分辨率為Δχ的測(cè)量結(jié)果。由于間隔Ax越小位移分辨率越高且間隔Ax的大小只與電化學(xué)腐蝕工藝有關(guān)，因此本發(fā)明所述方法可以獲得大位移行程下具有高位移分辨率的測(cè)量結(jié)果。
[0015]3)本發(fā)明給出了一種步進(jìn)式作動(dòng)器輸出大推拉力的實(shí)現(xiàn)方式，以往步進(jìn)式作動(dòng)器的最大輸出力取決于鉗位機(jī)構(gòu)的摩擦力，這種方式難以進(jìn)一步提高作動(dòng)器輸出力。本發(fā)明鉗位機(jī)構(gòu)采用微凸條與微凹槽相互咬合的方式代替物體間的摩擦接觸方式，實(shí)現(xiàn)了作動(dòng)器大推拉力驅(qū)動(dòng)負(fù)載的功能。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2為左、右鉗位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明具有位移測(cè)量功能和大推拉力的步進(jìn)式壓電作動(dòng)器，包括左鉗位機(jī)構(gòu)2、右鉗位機(jī)構(gòu)9、連接在左鉗位機(jī)構(gòu)2和右鉗位機(jī)構(gòu)9上端間的上支撐框架1、連接在左鉗位機(jī)構(gòu)2和右鉗位機(jī)構(gòu)9下端間的下支撐框架4 ;所述左鉗位機(jī)構(gòu)2的外圈為“回”形框架，“回”形框架中間部分有一個(gè)左菱形結(jié)構(gòu)10，并通過四個(gè)對(duì)稱的左薄臂型柔性鉸鏈11與“回”形框架連接，“回”形框架內(nèi)側(cè)壁的水平中間高度部分加工有兩個(gè)用于導(dǎo)向的左對(duì)稱凸形滑塊12，兩個(gè)左對(duì)稱凸形滑塊12距離左菱形結(jié)構(gòu)10的短軸側(cè)兩端留有指定寬度的間隙，左鉗位壓電堆3安裝在左菱形結(jié)構(gòu)10的空腔內(nèi)，左鉗位壓電堆3采用過盈配合方式與左鉗位機(jī)構(gòu)2中的左菱形結(jié)構(gòu)10連接，以給左鉗位壓電堆3提供預(yù)緊力；所述右鉗位機(jī)構(gòu)9的外圈為“回”形框架，“回”形框架中間部分有一個(gè)右菱形結(jié)構(gòu)14，并分別通過四個(gè)對(duì)稱的右薄臂型柔性鉸鏈15與“回”形框架連接，“回”形框架內(nèi)側(cè)壁的水平中間高度部分加工有兩個(gè)對(duì)稱的用于導(dǎo)向的右對(duì)稱凸形滑塊16，兩個(gè)右對(duì)稱凸形滑塊16距離右菱形結(jié)構(gòu)14的短軸側(cè)兩端留有指定寬度的間隙，右鉗位壓電堆7安裝在在右菱形結(jié)構(gòu)14的空腔內(nèi)，所述右鉗位壓電堆7采用過盈配合方式與右鉗位機(jī)構(gòu)9中的右菱形結(jié)構(gòu)14連接，以給右鉗位壓電堆7提供預(yù)緊力；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5設(shè)置在左鉗位機(jī)構(gòu)2和右鉗位機(jī)構(gòu)9間，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中間為菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用過盈配合在其內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)壓電堆6以給驅(qū)動(dòng)壓電堆6提供預(yù)緊力，所述菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的左右兩端為相同的左“回”形結(jié)構(gòu)和右“回”形結(jié)構(gòu)；所述左“回”形結(jié)構(gòu)和右“回”形結(jié)構(gòu)的兩外側(cè)壁均開有凹形導(dǎo)向槽18，左“回”形結(jié)構(gòu)采用過盈配合方式穿過左鉗位機(jī)構(gòu)2中兩個(gè)左對(duì)稱凸形滑塊12距離左菱形結(jié)構(gòu)10的短軸側(cè)兩端留有的間隙，同時(shí)使左鉗位機(jī)構(gòu)2中兩個(gè)左對(duì)稱凸形滑塊12與左“回”形結(jié)構(gòu)兩外側(cè)壁的凹形導(dǎo)向槽18配合；所述右“回”形結(jié)構(gòu)采用過盈配合方式穿過右鉗位機(jī)構(gòu)9中兩個(gè)右對(duì)稱凸形滑塊16距離右菱形結(jié)構(gòu)14的短軸側(cè)兩端留有的間隙，同時(shí)使右鉗位機(jī)構(gòu)9中兩個(gè)右對(duì)稱凸形滑塊16與左“回”形結(jié)構(gòu)兩側(cè)壁的凹形導(dǎo)向槽18配合，所述右“回”形結(jié)構(gòu)右側(cè)連接有輸出桿8。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形傳感結(jié)構(gòu)四個(gè)側(cè)壁上分別貼有第一電阻式應(yīng)變計(jì)A、第二電阻式應(yīng)變計(jì)B、第三電阻式應(yīng)變計(jì)C和第四電阻式應(yīng)變計(jì)D，構(gòu)成惠斯通全橋用以測(cè)量菱形傳感結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，通過所測(cè)應(yīng)變值換算得到作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)的輸出位移值。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中左“回”形結(jié)構(gòu)和右“回”形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁表面采用電化學(xué)腐蝕工藝加工有一段等間隔ΔΧ的微凹槽19 ;所述左鉗位機(jī)構(gòu)2中左菱形結(jié)構(gòu)10短軸側(cè)兩端面采用電化學(xué)腐蝕工藝加工有一段等間隔Λ X的左微凸條13 ;所述右鉗位機(jī)構(gòu)9中右菱形結(jié)構(gòu)14短軸側(cè)兩端面采用電化學(xué)腐蝕工藝加工有一段等間隔Λ X的右微凸條17 ;由于采用過盈配合方式，所述左微凸條13和右微凸條17分別與微凹槽19相互咬合。
[0020]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其剛度能通過作動(dòng)器的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)來調(diào)整，以保證足夠的回彈拉力。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明具有位移測(cè)量功能和大推拉力的步進(jìn)式壓電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)輸出大推拉力及位移測(cè)量的方法，驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)輸出大推拉力的方法:所述右鉗位機(jī)構(gòu)9中設(shè)計(jì)有四個(gè)對(duì)稱的右薄臂型柔性鉸鏈15，當(dāng)右鉗位壓電堆7加電伸長(zhǎng)時(shí)，各右薄臂型柔性鉸鏈15產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)右鉗位機(jī)構(gòu)9中右菱形結(jié)構(gòu)14的兩短軸側(cè)端面沿短軸且向靠近右鉗位壓電堆7的方向移動(dòng)，使得右鉗位機(jī)構(gòu)9中兩個(gè)右對(duì)稱凸形滑塊16距離右菱形結(jié)構(gòu)14的短軸側(cè)兩端的間隙擴(kuò)大，此時(shí)相互咬合的右微凸條17和微凹槽19松開，處于解鎖狀態(tài)；當(dāng)右鉗位壓電堆7掉電回縮時(shí)，右鉗位機(jī)構(gòu)9中兩個(gè)右對(duì)稱凸形滑塊16距離右菱形結(jié)構(gòu)14的短軸側(cè)兩端面的間隙縮小恢復(fù)到初始狀態(tài)，此時(shí)由于過盈配合，右微凸條17和微凹槽19相互咬合，處于鉗位狀態(tài)；驅(qū)動(dòng)壓電堆6加電伸長(zhǎng)Ax位移時(shí)，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中右端的右“回”形結(jié)構(gòu)進(jìn)而推動(dòng)輸出桿8驅(qū)動(dòng)負(fù)載，此時(shí)由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中左“回”形