結(jié)構(gòu)上的微凹槽19與左鉗位機(jī)構(gòu)2中左菱形結(jié)構(gòu)10端面上的右微凸條17相互咬合，作動(dòng)器能輸出很大推力，同時(shí)菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性變形；當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓電堆6掉電回縮Δχ位移時(shí)，菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)回彈拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中右端的右“回”形結(jié)構(gòu)，進(jìn)而拉動(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”形結(jié)構(gòu)上的微凹槽19與左鉗位機(jī)構(gòu)2中左菱形結(jié)構(gòu)10端面上的左微凸條13相互咬合，作動(dòng)器能輸出很大拉力；所述左鉗位機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)方法同右鉗位機(jī)構(gòu)9 ;輸出位移測(cè)量方法為:所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中的菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)側(cè)壁貼有電阻式應(yīng)變計(jì)，當(dāng)所述右鉗位機(jī)構(gòu)9處于解鎖狀態(tài)，左鉗位機(jī)構(gòu)2處于鉗位狀態(tài)且驅(qū)動(dòng)壓電堆6正由通電伸長(zhǎng)轉(zhuǎn)為掉電回縮狀態(tài)，即作動(dòng)器處于拉動(dòng)負(fù)載狀態(tài)時(shí)，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)，拉動(dòng)輸出桿8以驅(qū)動(dòng)負(fù)載；彈性變形及其恢復(fù)過程所引起的應(yīng)變量被貼在側(cè)壁的電阻式應(yīng)變計(jì)測(cè)量得到；由材料力學(xué)知識(shí)可得到位移與應(yīng)變有線性關(guān)系:Ax = O ε，其中Λχ和ε分別表示位移和應(yīng)變，C為靈敏度，因此作動(dòng)器單步步進(jìn)位移能夠通過以上數(shù)學(xué)關(guān)系換算得到；當(dāng)所述左鉗位機(jī)構(gòu)2處于鉗位狀態(tài)，右鉗位機(jī)構(gòu)9處于解鎖狀態(tài)且驅(qū)動(dòng)壓電堆6正由掉電回縮轉(zhuǎn)為通電伸長(zhǎng)狀態(tài)，即作動(dòng)器處于推動(dòng)負(fù)載狀態(tài)時(shí)，其位移測(cè)量方法同拉動(dòng)負(fù)載狀態(tài)。
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)輸出大推拉力及位移測(cè)量的方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0023]初始狀態(tài)為右鉗位壓電堆7、左鉗位壓電堆3及驅(qū)動(dòng)壓電堆6均處于掉電狀態(tài)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中右端的右“回”形結(jié)構(gòu)連同輸出桿8處于鉗位狀態(tài)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓電堆6通電伸長(zhǎng)或掉電回縮時(shí)，為獲得精確的伸長(zhǎng)量Δχ，需將菱形驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上應(yīng)變值反饋給控制器，控制器采用閉環(huán)控制的方式保證伸長(zhǎng)量Ax的精度；為使作動(dòng)器能向左拉動(dòng)大負(fù)載同時(shí)還能測(cè)量向左的位移值，第一步，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，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)Δχ，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5中左“回”形結(jié)構(gòu)向左運(yùn)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)變值從零達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值a ;第三步，左鉗位壓電堆3掉電回縮使得左鉗位機(jī)構(gòu)2鉗位，由于前步所述左“回”形結(jié)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)了 Δχ而左微凸條13和微凹槽19也是等間隔ΔΧ，因此所述左微凸條13和微凹槽19再次相互咬合；第四步，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；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Δχ，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 Δ X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.△ X ;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)ΔΧ，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)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 Λχ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；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)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，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.Δ X0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.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，其特征在于: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⑶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￠)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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有位移測(cè)量功能和大推拉力的步進(jìn)式壓電作動(dòng)器，其特征在于: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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有位移測(cè)量功能和大推拉力的步進(jìn)式壓電作動(dòng)器，其特征在于: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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有位移測(cè)量功能和大推拉力的步進(jìn)式壓電作動(dòng)器，其特征在于:所述驅(qū)