[實用新型]一種仿生尺蠖型壓電旋轉驅動器

有效

• 申請號: 201320645366.5
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN203491928U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王書鵬;張志輝;任露泉;趙宏偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本實用新型涉及一種仿生尺蠖型壓電旋轉驅動器，屬于精密加工領域。該驅動器能夠實現高精度、大載荷輸出，可被廣泛應用于超精密加工機床、精密超精密微細加工與測量技術、材料試件納米力學性能檢測、微機電系統（MEMS）、精密光學、半導體制造、現代醫學與生物遺傳工程、航空航天、機器人、軍事技術等高尖端的科學技術領域，具有較高的科研價值和良好的商業化前景。

背景技術

伴隨著科學技術的迅猛發展，對產品加工精度的要求越來越高，尤其是在精密超精密微細加工與測量技術、微機電系統（MEMS）、納米科技、半導體制造、現代醫學與生物遺傳工程、航空航天科技、軍事技術等高尖端的科學技術領域中顯得格外重要。要想實現產品零件的精密超精密加工，就必須提供一種合適的高精度的驅動裝置。傳統的驅動裝置，如普通電機、絲杠螺母、渦輪蝸桿等宏觀大尺寸驅動裝置已不能滿足其精度要求。因此，各國的科研人員傾力于研究性能更優越的新型高精度驅動裝置。

所謂新式驅動裝置，是指采用新型材料作為電能—機械能轉換元件，再通過傳動機構，使目標機構產生一定動作的裝置。通過各國科研人員的不斷探索，相當多的新型驅動裝置已經被研制出來了，其中的一些已經在實際中得到了相關的應用。按照驅動元件的不同，新型驅動裝置大體可分為以下幾類：相變材料驅動裝置、熱變形驅動裝置、形狀記憶合金驅動裝置、電磁驅動裝置、靜電驅動裝置、磁致伸縮驅動裝置、電流變驅動裝置、電致伸縮驅動裝置、壓電驅動裝置等。其中能達到納米級精度的目前只有電致伸縮驅動裝置和壓電驅動裝置。相比于電致伸縮驅動裝置，壓電驅動裝置因為體積小重量輕、響應快(微秒級)、控制特性好、能量密度大、能耗低、不受磁場影響等特點而得到了更廣泛的應用。

現有的旋轉驅動裝置在驅動壓電疊堆與驅動臂之間，往往通過簡單地平面接觸，這樣在驅動時便會存在運動的干涉，影響驅動器的精度；并且，現有的旋轉驅動器大都通過箝位壓電疊堆對曲面進行箝位，由于加工的精度不足，這樣的箝位面往往接觸不充分，磨損嚴重，便會對驅動器的承載能力產生影響，甚至影響驅動器的壽命。

因此設計一種驅動精度高、承載能力大的新型壓電旋轉驅動器十分必要。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種仿生尺蠖型壓電旋轉驅動器，其中驅動單元中驅動壓電疊堆和驅動臂之間仿照齒條齒輪傳動的特點，驅動壓電疊堆一端加工成齒條齒廓的形狀，驅動臂與驅動壓電疊堆的接觸面加工成齒輪漸開線齒廓的形狀，這樣的接觸表面，使得驅動單元無運動干涉，驅動更加精確；箝位單元采用環形箝位壓電疊堆，通過環形箝位壓電疊堆的兩端伸長，利用環形平面之間的靜摩擦力實現旋轉箝位，箝位面積大且箝位面接觸充分，能夠實現高精度、大載荷輸出。

本實用新型是由第一輸出軸、第一箝位預緊螺栓、第一箝位預緊環、第一復位彈簧、第一環形箝位壓電疊堆、第一驅動壓電疊堆架、驅動臂、第一驅動壓電疊堆、第一驅動預緊塊、第一驅動預緊螺栓、底座、第二環形箝位壓電疊堆、第二箝位預緊環、第二輸出軸、驅動軸、第二復位彈簧、第二驅動壓電疊堆架、第二驅動壓電疊堆、第二驅動預緊塊、第二驅動預緊螺栓、第二箝位預緊螺栓組成；

所述的第一輸出軸和第二輸出軸分別通過螺栓連接在驅動軸的兩端，共同構成了該驅動器的主軸；第一驅動壓電疊堆架和第二驅動壓電疊堆架分別通過螺栓安裝在底座的兩側；第一驅動壓電疊堆和第二驅動壓電疊堆分別安裝在第一驅動壓電疊堆和第二驅動壓電疊堆架的定位槽內，一側由第一驅動預緊螺栓和第二驅動預緊螺栓通過第一驅動預緊塊和第二驅動預緊塊分別對其提供預緊力，另一側則通過齒條齒廓面分別與驅動臂兩側的齒輪漸開線齒廓面接觸；第一復位彈簧和第二復位彈簧分別安裝在兩驅動壓電疊堆架上，另一側分別緊壓驅動臂的兩端，為其提供恢復力；驅動軸裝配在底座的通孔內；驅動臂套接在驅動軸上；第一環形箝位壓電疊堆和第二環形箝位壓電疊堆分別安裝在驅動臂和底座上，由第一箝位預緊螺栓等和第二箝位預緊螺栓通過第一箝位預緊環和第二箝位預緊環分別為其提供預緊力。

所述的第一驅動壓電疊堆和第二驅動壓電疊堆分別與驅動臂之間仿照齒條齒輪傳動的特點，第一驅動壓電疊堆和第二驅動壓電疊堆一端加工成齒條齒廓的形狀，驅動臂與第一驅動壓電疊堆和第二驅動壓電疊堆的接觸面加工成齒輪漸開線齒廓的形狀，這樣的接觸面在驅動時，好比是通過齒條向齒輪傳遞動力，通過齒條齒輪傳動的特點可知，這樣的結構可以避免運動干涉，有利于提高驅動器的精度。