[發明專利]一種磁流變電磁耦合箝位的懸臂式壓電二自由度驅動器

在審

• 申請號: 201811213861.2
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109286334A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 溫建明;王仁明;沈德助;何立棟;李建平;馬繼杰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種磁流變電磁耦合箝位的懸臂式壓電二自由度驅動器，屬于壓電精密驅動技術領域。輸出軸上有軸向和垂直軸向布置的兩對壓電晶片，端部均固接質量塊，均采用螺栓固定連接在軸套一和軸套二上，軸套一與軸套二通過螺釘固定在輸出軸上，輸出軸兩端分別安裝在繞線盤一和繞線盤二中，繞線盤兩端通過端蓋和密封圈密封，繞線盤外部繞有電磁線圈，兩端的磁流變液控制結構安放在箱體的側板上，側板固接在上蓋板與下蓋板之間。優點是利用磁流變液與電磁線圈耦合實現驅動器的箝位控制，減少了傳統意義上的摩擦磨損，提高了驅動器的精度與壽命。

技術領域

本發明屬于微小、精密驅動領域。

背景技術

近年來，隨著微納米驅動技術的飛速發展，在生物醫學、精密機械、仿生機器人、自動控制、精密測量，精密操作、精密器件、超精密加工等技術領域對微小型機械的驅動要求逐年增加。微納米級別的驅動技術作為探索微觀領域的核心技術，已經成為國內外科研機構、學者的研究熱點。傳統的精密機械驅動方式一般采用機械結構式，比如精密車床中的絲桿副以及滾動、滑動導軌、精密螺旋楔塊機構等，即便是超高精度的機械結構，還是無法避免存在裝配間隙、摩擦磨損、爬行等現象，因此傳統機械結構式驅動器難以提升精度水平，在這種形式下，發展出了很多新型的驅動方式，如靜電吸引式、電磁吸引式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式和壓電式等。壓電陶瓷是一種廣泛應用在精密驅動領域的智能材料，其具有低能耗、無電磁干擾、響應速度快等優點，以壓電材料為驅動元件的驅動器成為近年來精密驅動領域的一個重要分支。

近年來壓電精密驅動裝置得到廣泛研究與應用。壓電驅動器根據驅動原理可以分為：直動式壓電驅動器、尺蠖式壓電驅動器、超聲式壓電驅動器與慣性式壓電驅動器。慣性壓電驅動器是將慣性質量塊與壓電元件共同作用產生的慣性沖擊力作為驅動力的驅動裝置，其機械結構簡單，運動速度較快，形成的驅動運動方式易于控制，而且可以獲得大行程的連續運動，可以穩定工作在高頻狀態，一直是國內外研究的熱點。

目前所研制的慣性壓電驅動器的工作機理多數是通過電控或者改變機械結構或得力差驅動運動，少數為利用摩擦力控制方式獲得力差驅動運動，早期的研究工作主要是通過電信號產生不同的慣性沖擊力使機構運動；隨著研究工作與科學領域的擴展，為了將新型智能材料引入到精密驅動領域中，提出了利用磁流變效應控制摩擦力的方法，通過改變磁場控制摩擦力實現控制驅動器輸出能力。

鑒于上述條件，本發明提出的壓電驅動器利用對稱方波電信號作為壓電振子的激勵信號，壓電振子在對稱夾持條件下產生相同大小不同方向的的慣性沖擊力，當電磁線圈中的產生的磁場，磁場引起磁流變效應，磁流變液對輸出軸的阻力根據輸入電磁線圈的激勵信號可控，當沖擊力大于阻力時，輸出軸能夠運動；當慣性沖擊力小于阻力時輸出軸無法運動，當產生的沖擊力小于摩擦力時，運動體停止運動。驅動器的箝位控制裝置能根據電磁線圈的激勵信號通斷，控制阻力，間接控制驅動器的二自由度輸出能力，具有良好的可控性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：通過引入磁流變液與電磁線圈耦合來優化壓電驅動器中摩擦力調節裝置普遍存在的固體對固體摩擦，以解決常見的壓電驅動器因固體對固體產生的摩擦磨損、摩擦力分布不均勻、摩擦力難以定量調節等問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：