[發明專利]鉗位可控型盤狀旋轉式慣性壓電作動器及作動方法

有效

• 申請號: 201610532462.7
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106059386B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 邵妍;徐明龍;敬子建;張豐
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

1.一種鉗位可控型盤狀旋轉式慣性壓電作動器，其特征在于：包括底座(1)、鉗位外殼(2)、軸承(3)、輸出環(4)、順時針鉗位機構(11)、逆時針鉗位機構(12)、順時針驅動機構(13)和逆時針驅動機構(14)，整個作動器結構對稱；所述鉗位外殼(2)由具有一定厚度的“M”形剖面旋成體切除中心部分形成圓孔而得，鉗位外殼(2)通過內螺紋與底座(1)圓周側面的外螺紋連接；順時針鉗位機構(11)和逆時針鉗位機構(12)均包括鉗位菱形環(5)和鉗位壓電堆(6)，順時針驅動機構(13)和逆時針驅動機構(14)均包括主運動塊(7)、質量塊(10)、驅動菱形環(8)和驅動壓電堆(9)；鉗位菱形環(5)和驅動菱形環(8)內部分別過盈配合有鉗位壓電堆(6)和驅動壓電堆(9)，鉗位菱形環(5)、鉗位壓電堆(6)、驅動菱形環(8)、驅動壓電堆(9)以及質量塊(10)均不與底座(1)接觸，質心均在平行于底座(1)的同一平面內；底座(1)中心有一體成型的固定軸，輸出環(4)通過軸承(3)與固定軸連接，輸出環(4)能穿過鉗位外殼(2)中心圓孔輸出旋轉運動，兩個鉗位菱形環(5)徑向布置于輸出環(4)同一直徑的兩端，兩個鉗位菱形環(5)均通過離軸心較近的端面與輸出環(4)外環面固接，鉗位菱形環(5)另一端與主運動塊(7)側面固接；所述主運動塊(7)放置于底座(1)平面上，由與鉗位外殼(2)傾斜角度相同的梯形繞軸心旋轉一定角度后再將底面切割為矩形而得，驅動菱形環(8)與鉗位菱形環(5)的軸線相互垂直，兩者通過主運動塊(7)的相鄰側面銜接，即驅動菱形環(8)沿其所在圓周的切線方向布置，驅動菱形環(8)的另一端與體積較小的質量塊(10)側面固接，質量塊(10)其余表面自由即懸空于底座(1)平面上方；總體而言，鉗位機構和驅動機構俯視呈“L”形；通過控制鉗位壓電堆(6)和驅動壓電堆(9)的電壓時序和幅值，能夠使作動器帶動負載雙向旋轉。

2.根據權利要求1所述的鉗位可控型盤狀旋轉式慣性壓電作動器，其特征在于：所述鉗位外殼(2)是最后裝配的部件，緩慢旋轉鉗位外殼(2)使其與底座(1)連接，裝配完成后，鉗位外殼(2)的傾斜表面內側恰與主運動塊(7)傾斜上表面緊密接觸，此時主運動塊(7)壓緊于鉗位外殼(2)和底座(1)平面之間，接觸表面間存在靜摩擦力，實現了斷電鉗位；當對鉗位壓電堆(6)通電時，鉗位壓電堆(6)伸長，進而沿徑向推動主運動塊(7)遠離軸心，此時主運動塊(7)上表面與鉗位外殼(2)傾斜表面分離，接觸表面間的靜摩擦力大幅減小，實現了通電松開。

3.根據權利要求1所述的鉗位可控型盤狀旋轉式慣性壓電作動器，其特征在于：所述鉗位菱形環(5)沿過軸心的徑向布置，驅動菱形環(8)與鉗位菱形環(5)相互垂直，兩者之間通過主運動塊(7)連接；主運動塊(7)受驅動壓電堆(9)作用會產生其所在圓周上的切向位移，該位移通過鉗位菱形環(5)的傳遞轉換為輸出環(4)的轉角位移。

4.權利要求1所述的鉗位可控型盤狀旋轉式慣性壓電作動器的作動方法，其特征在于：未通電時，輸出環(4)處于鉗位狀態；為使輸出環(4)順時針旋轉，第一步，對逆時針鉗位機構(12)中的鉗位壓電堆(6)通電，逆時針驅動機構(14)中的主運動塊(7)被推離軸心，處于通電松開狀態；第二步，在順時針驅動機構(13)中，迅速地給驅動壓電堆(9)施加階躍電壓，驅動壓電堆(9)快速伸長，對主運動塊(7)產生大于摩擦力的驅動力，使其受慣性沖擊并獲得順時針切向位移，此時輸出環(4)順時針旋轉一個微小角度；第三步，在順時針驅動機構(13)中，緩慢地對驅動壓電堆(9)降壓直至斷電，驅動壓電堆(9)緩慢收縮，質量塊(10)慢速向主運動塊(7)運動，主運動塊(7)此時所受的驅動力小于摩擦力，主運動塊(7)保持不動，此時輸出環(4)保留一個旋轉步距；重復第二、三步，能夠使輸出環(4)連續地驅動負載順時針旋轉，當驅動完成后，對逆時針鉗位機構(12)中的鉗位壓電堆(6)斷電，輸出環(4)恢復初始的鉗位狀態；類似地，交換順時針鉗位機構(11)和逆時針鉗位機構(12)中鉗位壓電堆(6)的通電方式，并同時交換順時針驅動機構(13)和逆時針驅動機構(14)中驅動壓電堆(9)的通電方式，將實現輸出環(4)連續地驅動負載逆時針旋轉。