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

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711207906.0
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107994805A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）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: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會俠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性壓電作動器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動型含通孔的旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動器及作動方法。

背景技術(shù)

壓電驅(qū)動具有體積小、精度高、頻率響應(yīng)高、不發(fā)熱、易于控制等優(yōu)點；慣性式壓電作動器基于摩擦和慣性沖擊原理，可以實現(xiàn)將壓電堆微小的單步位移持續(xù)輸出，同時兼具高精度和大行程的優(yōu)點。

慣性式壓電驅(qū)動已被廣泛應(yīng)用于納米級高精度的直線定位機構(gòu)、高精度旋轉(zhuǎn)平臺、微型機器人、多自由度驅(qū)動器等領(lǐng)域；但傳統(tǒng)的作動器一般是實心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不存在通孔，在衛(wèi)星系統(tǒng)中的光路調(diào)節(jié)上應(yīng)用存在缺陷。

慣性式壓電作動器一般采用非對稱信號、非對稱機械夾持或非對稱摩擦力的設(shè)計，通過慣性沖擊實現(xiàn)驅(qū)動；采用非對稱機械夾持的結(jié)構(gòu)和使用非對稱摩擦力設(shè)計的結(jié)構(gòu)一般體積較大，設(shè)計復(fù)雜，裝配困難；常用的采用非對稱信號控制的機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但是這一類結(jié)構(gòu)裝配好之后驅(qū)動機構(gòu)與運動機構(gòu)之間的接觸面會因為摩擦產(chǎn)生損耗，逐漸降低作動器的精度甚至導(dǎo)致無法作動。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種內(nèi)部存在通孔并且可以實時調(diào)整鉗位力，從而控制作動器驅(qū)動機構(gòu)與運動機構(gòu)之間的摩擦力，保證作動器性能不會因為摩擦磨損而降低的旋轉(zhuǎn)式慣性壓電作動器及作動方法；在高頻率的鋸齒波驅(qū)動下，作動器可以實現(xiàn)快速響應(yīng)驅(qū)動負(fù)載雙向旋轉(zhuǎn)；斷電情況下能夠鎖止，保持其位置；并且可以通過鉗位力的調(diào)節(jié)對摩擦損耗進行補償，保證作動器的性能穩(wěn)定；此作動器含有通孔，可應(yīng)用與光路調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、單步精度高、響應(yīng)迅速、無限大行程、鉗位可調(diào)的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)斷電鎖止和驅(qū)動負(fù)載雙向旋轉(zhuǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鉗位力可調(diào)切向驅(qū)動型旋轉(zhuǎn)慣性式壓電作動器，主要零件包括底座1、軸承2、外殼17和兩個反對稱布置的驅(qū)動機構(gòu)，整個結(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；兩個反對稱布置的驅(qū)動機構(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7和第二凸臺13接觸；第一凸臺7和第二凸臺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7和第二凸臺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。

所述第一壓電堆4和第二壓電堆9在未通電時第一菱形環(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推動軸承2的外圈旋轉(zhuǎn)，從而帶動與外圈固定的外殼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；作動器能夠?qū)崿F(xiàn)順時針和逆時針雙向驅(qū)動。

所述第一彈性元件5和第二彈性元件11表面貼有應(yīng)變片，能夠?qū)崟r測量彈性元件的變形，由此計算得到正壓力的準(zhǔn)確值，根據(jù)需要實時測量并調(diào)節(jié)鉗位力大小。