含有h型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過壓電陶瓷驅(qū)動的作動裝置，具體涉及一種含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來壓電驅(qū)動裝置不斷發(fā)展，支持了國防、航天，機械制造等重要工業(yè)的發(fā)展建設(shè)，也衍生出了品種繁多的壓電作動裝置，然而受制于壓電材料作動行程小的缺點，壓電陶瓷作動器難以實現(xiàn)大行程輸出，特別是大轉(zhuǎn)角的扭矩輸出更難實現(xiàn)。因此迫切需要一種結(jié)構(gòu)簡單輕便，驅(qū)動行程大，分辨率高的步進式旋轉(zhuǎn)作動裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了滿足上述需求，本發(fā)明的目的在于提供一種含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置及方法，使用三個壓電陶瓷相互配合實現(xiàn)大角度的旋轉(zhuǎn)運動，并且采用菱形環(huán)實現(xiàn)作動器斷電鎖止，具有結(jié)構(gòu)重量輕，體積小，能夠輸出大扭矩、大轉(zhuǎn)角，斷電自鎖功耗低的特點。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置，包括底座1，安裝于底座1上并能夠自由旋轉(zhuǎn)的輸出軸2，分別通過柔性鉸鏈與輸出軸2連接的第一作動臂3-1和第二作動臂3-2，連接于第一作動臂3-1—端的第一菱形環(huán)4-1，連接于第二作動臂3-2與第一作動臂3-1相對應(yīng)端的第二菱形環(huán)4-2，分別安裝在第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2內(nèi)部的第一壓電陶瓷5-1和第二壓電陶瓷5-2，連接于第一作動臂3-1和第二作動臂3-2另一端之間的壓電陶瓷6，以及通過支柱與底座1相連接的上部頂蓋7;所述第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2的長軸一端分別與第一作動臂3-1和第二作動臂3-2連接;所述第一作動臂3-1和第二作動臂3-2與輸出軸2共同構(gòu)成“Η”型結(jié)構(gòu);安裝完成后底座1與上部頂蓋7之間的距離小于第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2的短軸長度即橫向長度，以保證第一壓電陶瓷5-1和第二壓電陶瓷5-2在斷電情況下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對輸出軸2旋轉(zhuǎn)運動的鎖止。
[0006]使用長軸與水平面平行即橫向放置的第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2進行鎖止，且具有斷電鎖止功能。
[0007]上述所述的含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置實現(xiàn)大扭矩步進式旋轉(zhuǎn)作動的方法，能實現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)運動輸出；結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)第一壓電陶瓷5-1、第二壓電陶瓷5-2和壓電陶瓷6都處于斷電狀態(tài)，通過第一菱形環(huán)4-1、第二菱形環(huán)4-2與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸鎖止輸出軸2;
[0008]旋轉(zhuǎn)作動裝置驅(qū)動輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時采用如下步驟:第一步，第一壓電陶瓷5-1通電，推動第一菱形環(huán)4-1長軸膨脹，短軸即橫向收縮，脫離與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸;第二步，保持第一壓電陶瓷5-1通電，壓電陶瓷6通電，推動第一作動臂3-1上的柔性鉸鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動、第一菱形環(huán)4-1和第一壓電陶瓷5-1在第一作動臂3-1帶動下向逆時針方向產(chǎn)生位移;第三步，保持壓電陶瓷6通電，第一壓電陶瓷5-1斷電，第一菱形環(huán)4-1彈性恢復(fù)，與底座1和上部頂蓋7接觸鎖止，此時第一作動臂3-1上的柔性鉸鏈仍保持彈性變形；第四步，第二壓電陶瓷5-2通電，第二菱形環(huán)4-2長軸膨脹，短軸即橫向收縮，脫離與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸，此時輸出軸2在第一作動臂3-1柔性鉸鏈彈性回復(fù)力的驅(qū)動下沿逆時針方向發(fā)生轉(zhuǎn)，同時第二作動臂3-2、第二菱形環(huán)4-2以及第二壓電陶瓷5-2也將向逆時針方向產(chǎn)生位移;第五步，第二壓電陶瓷5-2斷電，第二菱形環(huán)4-2彈性恢復(fù)，與底座1和上部頂蓋7接觸鎖止;至此作動裝置恢復(fù)到第一步之前的狀態(tài)，且與之相比，除底座1和上部頂蓋7之外，包括輸出軸2在內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都完成了沿逆時針的一步旋轉(zhuǎn)運動，重復(fù)上述一至五步，即實現(xiàn)作動裝置輸出軸2的大轉(zhuǎn)角逆時針旋轉(zhuǎn)；
[0009]旋轉(zhuǎn)作動裝置驅(qū)動輸出軸順時針旋轉(zhuǎn)時采用如下步驟:第一步，第二壓電陶瓷5-2通電，推動第二菱形環(huán)4-2長軸膨脹，短軸即橫向收縮，脫離與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸;第二步，保持第二壓電陶瓷5-2通電，壓電陶瓷6通電，推動第二作動臂3-2上的柔性鉸鏈發(fā)生轉(zhuǎn)動、第二菱形環(huán)4-2、第二壓電陶瓷5-2在第二作動臂3-2帶動下向順時針方向產(chǎn)生位移;第三步，保持壓電陶瓷6通電，第二壓電陶瓷5-2斷電，第二菱形環(huán)4-2彈性恢復(fù)，與底座1和上部頂蓋7接觸鎖止，此時第二作動臂3-2上的柔性鉸鏈仍保持彈性變形;第四步，第一壓電陶瓷5-1通電，第一菱形環(huán)4-1長軸膨脹，短軸即橫向收縮，脫離與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸，此時輸出軸2在第二作動臂3-2柔性鉸鏈彈性回復(fù)力的驅(qū)動下沿順時針方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時第一作動臂3-1、第一菱形環(huán)4-1以及第一壓電陶瓷5-1也將向順時針方向產(chǎn)生位移;第五步，第一壓電陶瓷5-1斷電，第一菱形環(huán)4-1彈性恢復(fù)，與底座1和上部頂蓋7接觸鎖止;至此作動器恢復(fù)到第一步之前的狀態(tài)，且與之相比，除底座1和上部頂蓋7之夕卜，包括輸出軸2在內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都完成了沿逆時針的一步旋轉(zhuǎn)運動，重復(fù)上述一至五步，即實現(xiàn)作動裝置輸出軸2的大轉(zhuǎn)角逆時針旋轉(zhuǎn)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)勢:
[0011]1、與傳統(tǒng)的單純的電機驅(qū)動裝置相比，本發(fā)明通過壓電陶瓷推動驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度大扭矩輸出。
[0012]2、采用步進的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)角輸出，在充分發(fā)揮壓電陶瓷作動精度高的基礎(chǔ)上實現(xiàn)雙向大轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)運動。
[0013]3、采用菱形環(huán)進行鎖止，在放大壓電陶瓷作動位移、提高鎖止可靠性的同時，具有斷電自鎖功能，因此作動器功耗低，節(jié)能環(huán)保。
[0014]4、作動器結(jié)構(gòu)簡單，便于加工安裝。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明作動裝置的爆炸示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明作動裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置，包括底座1，安裝于底座1上并能夠自由旋轉(zhuǎn)的輸出軸2，分別通過柔性鉸鏈與輸出軸2連接的第一作動臂3-1和第二作動臂3-2，連接于第一作動臂3-1—端的第一菱形環(huán)4-1，連接于第二作動臂3-2與第一作動臂3-1相對應(yīng)端的第二菱形環(huán)4-2，分別安裝在第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2內(nèi)部的第一壓電陶瓷5-1和第二壓電陶瓷5-2，連接于第一作動臂3-1和第二作動臂3-2另一端之間的壓電陶瓷6，以及通過支柱與底座1相連接的上部頂蓋7;所述第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2的長軸一端分別與第一作動臂3-1和第二作動臂3-2連接;所述第一作動臂3-1和第二作動臂3-2與輸出軸2共同構(gòu)成“H”型結(jié)構(gòu);安裝完成后底座1與上部頂蓋7之間的距離小于第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2的短軸長度即橫向長度，以保證第一壓電陶瓷5-1和第二壓電陶瓷5-2在斷電情況下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對輸出軸2旋轉(zhuǎn)運動的鎖止。
[0019]使用長軸與水平面平行即橫向放置的第一菱形環(huán)4-1和第二菱形環(huán)4-2進行鎖止，且具有斷電鎖止功能。
[0020]上述所述的含有Η型結(jié)構(gòu)的高精度大扭矩壓電旋轉(zhuǎn)作動裝置實現(xiàn)大扭矩步進式旋轉(zhuǎn)作動的方法，能實現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)運動輸出；結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)第一壓電陶瓷5-1、第二壓電陶瓷5-2和壓電陶瓷6都處于斷電狀態(tài)，通過第一菱形環(huán)4-1、第二菱形環(huán)4-2與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸鎖止輸出軸2;
[0021]旋轉(zhuǎn)作動裝置驅(qū)動輸出軸逆時針旋轉(zhuǎn)時采用如下步驟:第一步，第一壓電陶瓷5-1通電，推動第一菱形環(huán)4-1長軸膨脹，短軸即橫向收縮，脫離與底座1和上部頂蓋7之間的摩擦接觸;第二步，保持第一壓電陶瓷5-1通電，壓電陶瓷6通電，推動第一作動臂3-1上的柔性鉸鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動、第一菱形環(huán)4-1和第一壓電陶瓷5-1在第一作動臂3-1帶動下向逆時針方向產(chǎn)生位