[發(fā)明專利]一種夾心式旋轉(zhuǎn)型雙驅(qū)動壓電作動器及其工作方法

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• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111130384A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王亮;馮浩人;王瑞鋒;金家楣;王鑫;吳大偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發(fā)明公開了一種夾心式旋轉(zhuǎn)型雙驅(qū)動壓電作動器及其工作方法，作動器包含第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊、縱向雙頭螺柱和彎振壓電元件組；第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊均包含驅(qū)動圓環(huán)、驅(qū)動梁、固定片、扭振壓電元件組、橫向雙頭螺柱和L形梁，橫向雙頭螺柱穿過固定片、扭振壓電元件組后兩端分別和驅(qū)動梁的一端、L形梁的一端螺紋連接，驅(qū)動梁的另一端和驅(qū)動圓環(huán)的側(cè)壁固連；縱向雙頭螺柱穿過彎振壓電元件組分別和第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊L形梁的另一端螺紋相連。本發(fā)明依靠摩擦作用直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，不需要復(fù)雜的傳動和減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于實現(xiàn)小型化，且能強磁場及真空環(huán)境下工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電驅(qū)動技術(shù)和二自由度關(guān)節(jié)模塊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種夾心式旋轉(zhuǎn)型雙驅(qū)動壓電作動器及其工作方法。

背景技術(shù)

機械臂關(guān)節(jié)模塊通常通過電機和液壓驅(qū)動，來實現(xiàn)關(guān)節(jié)模塊以及整個機械臂的運動。隨著機械臂在科研領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴大，一些特殊的工作場合對關(guān)節(jié)模塊的驅(qū)動技術(shù)提出了更高的要求，如不受強磁場干擾、真空環(huán)境作業(yè)、微型結(jié)構(gòu)等。電磁電機在強磁場環(huán)境中無法正常工作，液壓驅(qū)動無法在真空環(huán)境下有效工作，且這兩種作動方式都存在機構(gòu)冗余不利于小型化。基于逆壓電效應(yīng)的壓電驅(qū)動方式在壓電陶瓷材料的制備和加工技術(shù)得到了進一步發(fā)展的情況下，可實現(xiàn)驅(qū)動結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊、直接驅(qū)動、無電磁干擾、易于小型化等特點，在極端工作環(huán)境中擁有者廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種夾心式旋轉(zhuǎn)型雙驅(qū)動壓電作動器及其工作方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種夾心式旋轉(zhuǎn)型雙驅(qū)動壓電作動器，包含第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊、縱向雙頭螺柱和彎振壓電元件組；

所述第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊均包含驅(qū)動圓環(huán)、驅(qū)動梁、固定片、扭振壓電元件組、橫向雙頭螺柱和L形梁；所述驅(qū)動圓環(huán)呈圓環(huán)狀；所述驅(qū)動梁一端和所述驅(qū)動圓環(huán)的側(cè)壁固連，另一端和所述固定片的一個端面固連，且驅(qū)動梁的軸線經(jīng)過驅(qū)動圓環(huán)的中心；所述扭振壓電元件組包含2p個扭振壓電元件，p為大于等于1的整數(shù)；所述扭振壓電元件呈圓環(huán)狀，采用四分區(qū)壓電元件，沿圓周方向極化；所述驅(qū)動梁遠(yuǎn)離驅(qū)動圓環(huán)一端的端面中心設(shè)有和所述橫向雙頭螺柱相匹配的螺紋孔；所述固定片上設(shè)有供所述橫向雙頭螺柱穿過和所述驅(qū)動梁上螺紋孔相連的通孔；所述L形梁包含第一短梁、第二短梁，其中，所述第一短梁一端和所述第二短梁的一端垂直固連、另一端的端面中心設(shè)有和所述縱向雙頭螺柱相匹配的螺紋孔，所述第二短梁的另一端設(shè)有和所述橫向雙頭螺柱相匹配的螺紋孔；所述橫向雙頭螺柱一端和所述第二短梁上的螺紋孔螺紋相連，另一端依次穿過扭振壓電元件組中2p個扭振壓電元件的中心圓孔、固定片上的通孔后和所述驅(qū)動梁上的螺紋孔螺紋相連，使得扭振壓電元件組中2p個扭振壓電元件固定在L形梁和驅(qū)動梁之間，且驅(qū)動梁第一短梁的軸線垂直于驅(qū)動圓環(huán)的端面；

所述彎振壓電元件組包含2q個彎振壓電元件，q為大于等于1的整數(shù)；所述彎振壓電元件呈圓環(huán)狀，采用二分區(qū)壓電元件，均沿厚度方向極化，且兩個分區(qū)的極化方向相反；

所述縱向雙頭螺柱一端和所述第一扭振作動模塊驅(qū)動梁第一短梁上的螺紋孔螺紋相連，另一端依次穿過彎振壓電元件組中2q個彎振壓電元件的中心圓孔后和第二扭振作動模塊驅(qū)動梁第一短梁上的螺紋孔螺紋相連，使得彎振壓電元件組中2q個彎振壓電元件固定在第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊之間；

所述第一扭振作動模塊、第二扭振作動模塊的扭振壓電元件組中各個扭振壓電元件的極化方向均相同；所述彎振壓電元件組中相鄰彎振壓電元件的極化方向相反；

所述第一壓電作動模塊驅(qū)動圓環(huán)遠(yuǎn)離第二壓電作動模塊驅(qū)動圓環(huán)的端面上、第二壓電作動模塊驅(qū)動圓環(huán)遠(yuǎn)離第一壓電作動模塊驅(qū)動圓環(huán)的端面上都周向均勻設(shè)有m個驅(qū)動齒，m為大于等于3的自然數(shù)；