[發明專利]基于十字梁雙穩態裝置的角度可調節壓電舵機及控制方法

有效

• 申請號: 201611132110.9
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106655880B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 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: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;B64C13/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

基于十字梁雙穩態裝置的角度可調節壓電舵機及控制方法，該舵機包括底座，角度調節機構，十字梁雙穩態裝置以及與十字梁雙穩態裝置相連接的舵片；角度調節機構包括彈性元件、調節螺釘以及楔面相互接觸的滑動楔塊和固定楔塊；十字梁雙穩態裝置通過固定塊安裝于底座上方，主要包括十字連接的水平梁和縱梁，十字梁雙穩態裝置因受角度調節機構的預壓力而產生雙穩態，雙穩態間的轉換可由壓電堆的通斷電進行控制，舵片隨運動的水平梁可實現姿態調整；本發明在高頻驅動條件下，能夠快速響應并雙向驅動舵片，具有變形穩定，大行程，低能耗，響應迅速，動作準確可靠和抗干擾能力強的優勢；能夠斷電后位置保持并實現雙向大角度控制。

技術領域

本發明屬于舵機技術領域，具體涉及一種基于十字梁雙穩態裝置的角度可調節壓電舵機及控制方法。

背景技術

近年來隨著航空航天領域的迅速發展，人們對舵機的性能要求越來越高，舵機逐漸向著結構緊湊、體積小，質量輕的方向發展。采用液壓、氣動驅動的舵機控制機構往往存在結構復雜、質量及體積大等缺點。而傳統電動舵機則需要加減速裝置，設備復雜，質量大。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于十字梁雙穩態裝置的角度可調節壓電舵機及控制方法，在高頻驅動條件下，能夠快速響應并雙向驅動舵片，具有變形穩定，大行程，低能耗，響應迅速，動作準確可靠和抗干擾能力強的優勢；能夠斷電后位置保持并實現雙向大角度控制。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于十字梁雙穩態裝置的角度可調節壓電舵機，包括底座1、角度調節機構5、十字梁雙穩態裝置6以及與十字梁雙穩態裝置6相連接的舵片12；角度調節機構5包括彈性元件2、調節螺釘3以及楔面相互接觸的滑動楔塊4-1和固定楔塊4-2，其中彈性元件2通過前端凹槽與底座1固接，彈性元件2前后兩端內壁分別與滑動楔塊4-1和固定于底座1上的固定楔塊4-2垂直面緊密接觸，調節螺釘3穿過滑動楔塊4-1并通過螺紋連接于底座1；十字梁雙穩態裝置6縱向兩端分別通過第一固定塊7-1和第二固定塊7-2安裝于底座上方，其中第一固定塊7-1縱向過盈內嵌于彈性元件2后端凹槽并通過固定螺釘14與底座1固接；十字梁雙穩態裝置6主要由十字連接的縱梁8和水平梁9組成，縱梁8由第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第一剛性梁8-3以及第三柔性梁8-4依次構成，水平梁9位于第一柔性梁8-1和第二柔性梁8-2之間，由結構和尺寸相同的第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2構成，第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的外端兩側分別固定有第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2，第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2另一側分別固接有第一慣性塊10-1和第二慣性塊10-2；舵片12連接在水平梁9上部；舵機裝配完成后，角度調節機構5對十字梁雙穩態裝置6施加縱向預壓力，縱梁8中的柔性梁受壓變形并導致水平梁9繞十字中心順時針或逆時針旋轉預設角度，即形成雙穩態，該雙穩態間的轉換由第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2的通斷電進行控制，由此隨水平梁9運動的舵片12實現姿態調整。

所述第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第三柔性梁8-4和彈性元件2均屬于柔性部件，其截面尺寸遠小于軸向尺寸，當受到外力時會產生較大變形；所述第一剛性梁8-3、第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的截面尺寸與軸向尺寸在同一數量級，剛度大且能抵御外力。

所述角度調節機構5中的滑動楔塊4-1夾緊于彈性元件2前端內壁和固定楔塊4-2的楔面之間，當向下旋轉調節螺釘3預設距離時，其螺帽帶動滑動楔塊4-1沿楔面向下運動，滑動楔塊4-1和固定楔塊4-2增加的縱向尺寸導致彈性元件2前后兩端內壁相互遠離，使得嵌于彈性元件2后端凹槽的第一固定塊7-1受到縱向擠壓并施以十字梁雙穩態裝置6預設預壓力，該預壓力導致縱梁8中的第一柔性梁8-1，第二柔性梁8-2以及第三柔性梁8-4彈性變形，該變形對應于水平梁9繞十字中心產生的旋轉角度相同而方向相反的兩個穩定狀態，由此實現通過調節螺釘3改變雙穩態狀態即舵機角度的功能。