[發明專利]一種方向隨動式微摩擦二維矢量壓電驅動工作臺

在審

• 申請號: 202011448340.2
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112491294A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李曉韜;姜奇志;石樂欣;徐悅;馬文義;李澤龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/04;H02N2/06;H02K7/116;H02K7/10
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 梁紫鉞

本發明涉及一種方向隨動式微摩擦二維矢量壓電驅動工作臺，包括工作臺、轉向板、轉向輪、定向輪、驅動電機、轉向機構、轉向傳遞軸；定向輪和轉向輪的輪轂為十字形板狀，輪轂的兩面均設有壓電晶片，一側的壓電晶片為驅動壓電晶片，另一側的壓電晶片為制動壓電晶片。本發明是以壓電為驅動源的工作平臺，壓電晶片震動驅動輪子運動，帶動工作臺實現直線運動，當齒輪轉動通過轉向傳遞軸、萬向節和轉向板并配合控制輸出的壓電信號的電壓實現轉向輪兩輪的驅動轉矩不同和側向力作用，使工作臺實現二維的平面移動，利用壓電晶片實現了工作平臺微小位移，借助齒輪齒條機械結構，結構簡單，對于小位移工作平臺的平穩性和安全性有著十分積極意義。

技術領域

本發明涉及一種壓電驅動工作臺，特別涉及一種方向隨動式微摩擦二維矢量壓電驅動工作臺。

背景技術

壓電陶瓷也稱壓電晶片，具有壓電性，對于正壓電性，某些電介質在機械外力作用下，介質內部正負電荷中心發生相對位移而引起極化，從而導致電介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷。在外力不太大的情況下，其電荷密度與外力成正比，而且壓電陶瓷遵從胡克定律，即有幾何變形與載荷的關系，其中彈性系數與電學邊界條件有關。壓電陶瓷常用于壓電驅動，目前壓電驅動多為直線移動和旋轉運動，壓電驅動基本原理是基于壓電陶瓷材料的逆壓電效應，通過控制其機械變形產生旋轉或直線運動。它具有結構簡單，低速、大力矩的優點。目前大部分的壓電驅動工作臺大多是蠕動式與慣性式，帶動工作平臺移動，主要用于直線運動和旋轉，一般壓電驅動工作臺的角度調整采用壓電結構，調整速度和范圍比較有限，并且成本和造價高，缺少相對大行程和多角度的二維運動形式。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題，提供一種方向隨動式微摩擦二維矢量壓電驅動工作臺，包括工作臺、轉向板、轉向輪、定向輪、驅動電機、轉向機構、轉向傳遞軸；所述的工作臺一端的兩側分別設有立柱和轉向輪支桿，轉向板通過轉軸與轉向輪支桿樞接，轉向板位于轉向輪支桿的下方；轉向板的自由端設有T形板，轉向輪的輪軸樞接在T形板下部，轉向輪分別位于工作臺一端的兩側；所述的轉向機構水平設置工作臺一端，轉向機構包括一對伸縮氣囊和齒條，兩伸縮氣囊的相對端分別設有氣囊軸，齒條的兩端分別與兩氣囊軸相對端相連，兩伸縮氣囊的外端分別設有氣囊固定桿，整個轉向機構通過氣囊固定桿固定在工作臺的兩側立柱上；伸縮氣囊、氣囊軸、氣囊固定桿和齒條位于同一橫軸；驅動電機設在工作臺上，驅動電機的輸出軸與齒輪同軸固連；齒輪與轉向機構的齒條嚙合；兩轉向傳遞軸相對設置，轉向傳遞軸為L形軸桿，每個轉向傳遞軸一端與氣囊軸相連，另一端通過萬向節與轉向板相連；定向輪通過輪軸樞接在工作臺另一端的兩側；定向輪和轉向輪的輪轂為十字形板狀，輪轂的兩面均設有壓電晶片，一側的壓電晶片為驅動壓電晶片，另一側的壓電晶片為制動壓電晶片。

進一步的，所述的T形板上部設有套孔，轉向板的自由端上部設有螺桿，T形板通過套孔套在轉向板的螺桿上，并通過螺母緊固，將T形板與轉向板固連；T形板的下部設有樞接孔，轉向輪的輪軸設在T形板下部樞接孔內。

進一步的，轉向傳遞軸一端設有套環，另一端與萬向節連接；轉向傳遞軸通過套環與氣囊軸相連，通過螺栓穿過套環將其緊固。

進一步的，驅動電機設在電機支座上，電機支座固定在工作臺上。

進一步的，氣囊固定桿上設有凹槽，通過固定板將氣囊固定桿夾持在固定板與立柱之間，固定板通過螺栓緊固在立柱上。

本發明的工作原理：

向工作臺輸入驅動信號A信號，轉向輪和定向輪輪轂上的壓電晶片在A信號的作用下以一定頻率和振幅震動，提供扭矩驅動輪子轉動，進而帶動工作臺直線運動；

當需要轉向時，向驅動電機輸入轉向信號B信號，驅動電機輸出轉矩，齒輪轉動帶動齒條運動，壓縮一側的伸縮氣囊沿軸向運動，再通過轉向傳遞軸推動轉向板繞著轉軸在水平方向轉動，進而推動轉向輪轉向；