[實用新型]一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器

有效

• 申請號: 202020199217.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN211720488U
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 馮浩人;王瑞鋒;王亮;金家楣;王鑫;吳大偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本實用新型公開了一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器，包含驅動圓環、連接桿、矩形梁、壓電元件組、配重塊和連接螺栓；矩形梁一端通過連接桿和驅動圓環的側壁固連，另一端設有和連接螺栓相匹配的螺紋孔；配重塊上設有沉頭通孔；連接螺栓依次穿過配重塊上的沉頭通孔、壓電元件組后和矩形梁上的螺紋孔螺紋相連，將壓電元件組固定在矩形梁和配重塊之間，形成夾心式直梁；驅動圓環的一個端面上周向均勻設有m個驅動齒。本實用新型利用壓電材料的逆壓電效應將電能轉換為機械能，不需要復雜的傳動和減速機構，結構簡單緊湊，易于實現小型化，且能強磁場及真空環境下工作。

技術領域

本實用新型涉及壓電驅動技術和二自由度關節模塊技術領域，尤其涉及一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器。

背景技術

機械臂關節模塊通常通過電機和液壓驅動，來實現關節模塊以及整個機械臂的運動。隨著機械臂在科研領域應用范圍的不斷擴大，一些特殊的工作場合對關節模塊的驅動技術提出了更高的要求，如不受強磁場干擾、真空環境作業、微型結構等。電磁電機在強磁場環境中無法正常工作，液壓驅動無法在真空環境下有效工作，且這兩種作動方式都存在機構冗余不利于小型化。夾心式壓電換能器作為一種電能轉換至機械能的器件，在作動器領域被廣泛應用。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器，包含驅動圓環、連接桿、矩形梁、壓電元件組、配重塊和連接螺栓；

所述矩形梁為長方體，包含第一至第四側面和兩個端面，其中，第一側面平行于第三側面，第二側面平行于第四側面；

所述連接桿為柱體，其一個端面和所述矩形梁的一個端面固連；連接桿的另一個端面為弧面、和所述驅動圓環的側面固連；

所述連接桿、矩形梁同軸且軸線經過所述驅動圓環的中心，所述驅動圓環的兩個端面和矩形梁的第一側面平行；

所述矩形梁遠離連接桿的端面中心設有和所述連接螺栓相匹配的螺紋孔；

所述壓電元件組包含第一至第四扭振壓電元件、以及第一至第二彎振壓電元件；所述第一至第四扭振壓電元件、第一至第二彎振壓電元件均呈矩形片狀，中心設有供所述連接螺栓穿過的通孔；

所述配重塊上設有沉頭通孔；所述連接螺栓依次穿過配重塊上的沉頭通孔、第四扭振壓電元件、第三扭振壓電元件、第二彎振壓電元件、第一彎振壓電元件、第二扭轉壓電元件、第一扭轉壓電元件后和所述矩形梁上的螺紋孔螺紋相連，將壓電元件組固定在矩形梁和配重塊之間；所述矩形梁、壓電元件組、配重塊和連接螺栓形成夾心式直梁；

所述第一至第四扭振壓電元件采用四分區壓電元件，均沿其中心通孔圓周方向極化、且極化方向均相同；

所述第一至第二彎振壓電元件采用二分區壓電元件，沿厚度方向極化且兩分區的極化方向相反；第一彎振壓電元件、第二彎振壓電元件的極化方向相反；

所述驅動圓環的一個端面上周向均勻設有m個驅動齒，m為大于等于3的自然數；

所述配重塊上還設有用于固定夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器的安裝孔。

作為本實用新型一種夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器進一步的優化方案，所述配重塊為柱形，且配重塊和矩形梁等長，振動模態中壓電元件組位于夾心式直梁振動的節點位置。

本實用新型還公開了一種該夾心式多模態復合型旋轉壓電作動器的單模態作動方法，包括如下步驟：