[發明專利]含雙菱形串聯驅動機構的旋轉慣性壓電作動器及作動方法

有效

• 申請號: 201610530701.5
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106208806B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 敬子建;徐明龍;邵妍;田征
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14;H02N2/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

1.一種含雙菱形串聯驅動機構的旋轉慣性壓電作動器，其特征在于：包括上擋板(1)、下擋板(4)、固定裝配在上擋板(1)和下擋板(4)間的雙菱形串聯驅動機構(2)，旋轉輸出軸(9)通過上軸承(8)和下軸承(7)分別與上擋板(1)和下擋板(4)連接；所述雙菱形串聯驅動機構(2)包含串聯雙菱形環(5)，其內部分別過盈配合有左壓電堆(3)和右壓電堆(6)，左壓電堆(3)和右壓電堆(6)串聯銜接處設置有摩擦塊(10)；摩擦塊(10)側面與旋轉輸出軸(9)接觸緊密，所述左壓電堆(3)和右壓電堆(6)的安裝方向與摩擦塊(10)和旋轉輸出軸(9)接觸的側面平行；通過控制左壓電堆(3)和右壓電堆(6)的電壓時序和幅值，能夠使作動器帶動負載連續雙向旋轉。

2.根據權利要求1所述的含雙菱形串聯驅動機構的旋轉慣性壓電作動器，其特征在于：所述左壓電堆(3)和右壓電堆(6)均處于斷電時，旋轉輸出軸(9)與摩擦塊(10)側面間屬于線接觸，緊密接觸并存在靜摩擦力，此時旋轉輸出軸(9)能夠承受一定外載，在斷電情況下達到可靠的鉗位。

3.根據權利要求1所述的含雙菱形串聯驅動機構的旋轉慣性壓電作動器，其特征在于：所述雙菱形串聯驅動機構(2)中，通過同時控制兩個壓電堆實現旋轉運動，能夠使慣性作動器在雙向旋轉中的角距及響應速度保持一致。

4.權利要求1所述的含雙菱形串聯驅動機構的旋轉慣性壓電作動器的作動方法，其特征在于：未通電時，旋轉輸出軸(9)處于初始鉗位狀態；開始作動時，第一步，同時對左壓電堆(3)和右壓電堆(6)施加初始平衡電壓，此時兩者相對，作用力相互抵消，摩擦塊(10)處于原位并與旋轉輸出軸(9)保持相對靜止；第二步，緩慢地對左壓電堆(3)從初始平衡電壓降電壓直至斷電，同時緩慢地對右壓電堆(6)從初始平衡電壓升電壓至滿行程電壓，此時摩擦塊(10)緩慢地向左壓電堆(3)方向移動，由于摩擦塊(10)與旋轉輸出軸(9)間的靜摩擦力大于旋轉輸出軸(9)隨摩擦塊(10)一起運動所需的慣性力，旋轉輸出軸(9)被摩擦塊(10)帶動并驅動負載逆時針旋轉一定角度；第三步，迅速地對左壓電堆(3)從斷電狀態升電壓至初始平衡電壓，同時迅速地對右壓電堆(6)從滿行程電壓降電壓至初始平衡電壓，此時摩擦塊(10)迅速地回歸原位，由于摩擦塊(10)與旋轉輸出軸(9)間的靜摩擦力遠小于旋轉輸出軸(9)隨摩擦塊(10)一起運動所需的慣性力，且該過程時間足夠短暫，旋轉輸出軸(9)會基本保持不動，這樣就實現了旋轉輸出軸(9)逆時針的一次完整轉動；重復第二、三步，能夠使旋轉輸出軸(9)連續逆時針驅動負載旋轉，當驅動完成后，同時對左壓電堆(3)和右壓電堆(6)斷電，旋轉輸出軸(9)恢復初始鉗位狀態；同樣地，交換左壓電堆(3)和右壓電堆(6)的通電方式，旋轉輸出軸(9)能夠連續順時針驅動負載，以此實現電控方式下的雙向旋轉慣性作動。