[發明專利]基于壓電驅動的無側翻失效作動器裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201811284977.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109450290A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 彭瀚旻;盧鵬輝;冒林麗;毛婷;胡捷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

本發明公開一種基于壓電驅動的無側翻失效作動器裝置及其工作方式，包括具有空間四足結構的基體，和粘貼于基體中央位置的上下兩個平面上的壓電陶瓷片。磷青銅基體由一塊四角星形狀的金屬薄板折彎其四個尖角制成，相對的兩個尖角同向折彎，相鄰的兩個尖端反向折彎。利用粘貼于壓電陶瓷在正弦電信號作用下的振動合成效應，使尖足末端產生不完全相同的高頻微幅的振動，由于基體結構的關系，只會有三個尖足同時著地，一個尖足懸空，始終存在一個尖足正面著地、兩個尖足斜側面著地的情況。利用三尖足著地方式的不同所產生的不同大小或方向的摩擦力的差值，可以實現作動器在接觸面上的直線和轉彎運動，完成預設的行進路徑。

技術領域：

本發明涉及一種基于壓電驅動的無側翻失效作動器裝置及其特點，其屬于超聲領域、MEMS領域、壓電技術領域。

背景技術：

作動器是實施振動主動控制的關鍵部件，是主動控制系統的重要環節。作動器的作用是按照確定的控制規律，來對控制對象施加控制力。近年來，在傳統的流體作作動器、氣體作動器和電器作動器的基礎上，研究開發出了許多智能型作動器，例如壓電陶瓷作動器、壓電薄膜作動器、電致伸縮作動器、磁致伸縮作動器、形狀記憶合金作動器、伺服作動器和電流變流體作動器等。這些作動器的出現，為實現高精度的振動主動控制提供了必要條件。同時，在航空航天領域，作動器是飛機操縱系統的執行機構，是飛行控制系統的重要組成部分，隨著飛行控制技術的多樣化，許多新型作動器也應運而生，例如直接驅動式作動器、電靜液作動器、集成電液作動器、機電作動器以及光傳靈巧作動器。其中，一部分壓電作動器由于結構設計或者作動原理等方面的原因，需要添加額外的輔助裝置以防止側翻造成的作動失效。

發明內容：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提出一種基于壓電驅動的無側翻失效作動器裝置，由于其的結構特點，除了具有一般壓電陶瓷作動器的特點外，還具有不怕側翻的特點。

本發明為一種基于壓電驅動的無側翻失效作動器裝置，包括具有空間四足結構的金屬基體，和粘貼于所述基體中央平臺位置處的至少一對壓電陶瓷片。

進一步的，所述基體中央平臺處的壓電陶瓷片包括第一壓電陶瓷片1和第二壓電陶瓷片2，所述第一壓電陶瓷片1和第二壓電陶瓷片2分別設置于所述中心平臺的兩面相對位置上。

進一步的，所述基體3由一塊厚度為a的四角星形薄板折彎其四個尖角制成，相對的兩個尖角同向折彎，其中一對尖角彎折的角度為θ，另一對尖角反向折彎，角度為-θ，形成了所述基體3上的第一尖足4、第二尖足5、第三尖足6和第四尖足7，將四個尖足末端兩兩連線，即可構成一個正四面體形狀；因此，當所述的磷青銅基體放置于平面上時，將始終處于三個尖足著地、一個尖足懸空的情況；將正面著地的尖足視為前足8，將斜側面著地的兩個尖足分別視為左側足9和右側足10，將懸空的尖足視為懸空足11。

本發明還提供上述作動器裝置的控制方法，首先，對所述第一壓電陶瓷片1和第二壓電陶瓷片2施加相同的正弦電信號，利用壓電陶瓷片的逆壓電效應控制壓電陶瓷片的形變，通過壓電陶瓷片的形變激勵整個磷青銅基體3產生形變，由于結構的關系，基體上的四個尖足末端形變產生的位移最大；其次，通過調節所施加電信號的頻率，可以改變壓電陶瓷的振動模態，從而改變基體的振動模態，使得四個足尖產生不完全相同的高頻微幅振動，形成多種組合；在各個組合的振動模態的控制頻率段附近調整所施加電信號的頻率，可以改變四個尖足之間的振動幅度差異；最后，再利用著地的前足8、左側足9和右側足10著地角度的不同，使得著地的三個尖足與接觸面作用所產生的摩擦力的大小或方向不同，從而最終產生驅使作動器產生直線運動所需的合力和產生轉彎運動所需的合力矩。

進一步的，通過改變施加在所述第一壓電陶瓷片1和第二壓電陶瓷片2上的電信號的頻率，在多個頻率段內令所述第一尖足4和第二尖足5、第三尖足6和第四尖足7同時產生相對方向上的振動，稱為面外振動模態；