[發(fā)明專利]鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動(dòng)器及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711207906.0
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN107994805A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王源;徐明龍;邵妍;肖瑞江;韓文文
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/10
• 分類號(hào): H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會(huì)俠

1.一種鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動(dòng)器，其特征在于：主要零件包括底座(1)、軸承(2)、外殼(17)和兩個(gè)反對稱布置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)具有旋轉(zhuǎn)對稱性，內(nèi)部含有通孔；內(nèi)圈墊片(15)粘接到軸承(2)的內(nèi)圈上，通過螺釘固定到底座(1)上；軸承(2)的外圈和外圈墊片(16)粘接，外圈墊片(16)通過螺釘和外殼(17)固定；兩個(gè)反對稱布置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包含第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)以及通過過盈配合分別安裝在第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)內(nèi)的第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)；第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)一端為摩擦端，與軸承(2)的外圈表面通過面接觸配合，另一端為固定端，固定端底部凸起，固定在底座(1)上，除了固定端以外的部分懸空，不與底座(1)接觸；圓弧狀的第一彈性元件(5)和第二彈性元件(11)一端分別與第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)摩擦端面相對的面接觸，另一端分別固定在第一調(diào)節(jié)塊(6)和第二調(diào)節(jié)塊(12)上；第一調(diào)節(jié)塊(6)和第二調(diào)節(jié)塊(12)與分別底座(1)上的第一凸臺(tái)(7)和第二凸臺(tái)(13)接觸；第一凸臺(tái)(7)和第二凸臺(tái)(13)上開有螺紋孔，第一螺釘(8)和第二螺釘(14)分別通過第一凸臺(tái)(7)和第二凸臺(tái)(13)上的螺紋孔擠壓第一調(diào)節(jié)塊(6)和第二調(diào)節(jié)塊(12)，使第一彈性元件(5)和第二彈性元件(11)產(chǎn)生變形，從而改變第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)與軸承(2)的外圈之間的正壓力，起到調(diào)節(jié)鉗位力的功能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動(dòng)器，其特征在于：所述第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)在未通電時(shí)第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)的摩擦端與軸承(2)的外圈表面緊密接觸，軸承(2)能夠承受一定的扭矩，具有斷電鎖止功能；對第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)施加鋸齒波電壓，能夠使第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)推動(dòng)軸承(2)的外圈旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與外圈固定的外殼(17)旋轉(zhuǎn)，輸出位移；通過改變鋸齒波的占空比，改變旋轉(zhuǎn)的方向；作動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)順時(shí)針和逆時(shí)針雙向驅(qū)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動(dòng)器，其特征在于：第一彈性元件(5)和第二彈性元件(11)表面貼有應(yīng)變片，能夠?qū)崟r(shí)測量彈性元件的變形，由此計(jì)算得到正壓力的準(zhǔn)確值，根據(jù)需要實(shí)時(shí)測量并調(diào)節(jié)鉗位力大小。

4.權(quán)利要求1所述的鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動(dòng)型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動(dòng)器的作動(dòng)方法，其特征在于：未通電時(shí)，軸承(2)處于鉗位狀態(tài)，不能隨意轉(zhuǎn)動(dòng)；開始作動(dòng)時(shí)，第一步，同時(shí)對第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)施加緩慢上升的電壓，壓電堆將沿長度方向即軸承外圈圓周的切向伸長，同時(shí)使第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)沿此方向伸長，此階段慣性力小于第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)與軸承(2)的外圈之間的摩擦力，第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)將帶動(dòng)軸承(2)的外圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)較大的角度α；第二步，同時(shí)對第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)施加快速下降的電壓，壓電堆將沿長度方向快速回縮，帶動(dòng)第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)回縮，此階段慣性力大于第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)與軸承外圈之間的摩擦力，第一菱形環(huán)(3)和第二菱形環(huán)(10)摩擦端與軸承(2)的外圈之間會(huì)產(chǎn)生相對滑動(dòng)，軸承(2)的外圈幾乎不動(dòng)或沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度β；兩步之后，第一壓電堆(4)和第二壓電堆(9)回到原位，軸承(2)的外圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為α-β；連續(xù)重復(fù)第一步和第二步，能夠使軸承(2)的外圈順時(shí)針持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；改變驅(qū)動(dòng)電壓占空比，使第一步的電壓快速上升，第二步的電壓緩慢下降，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸承(2)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。