一种人字结构驱动的步进式角位移压电作动器及方法与流程

文档序号:12729063阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种人字结构驱动的步进式角位移压电作动器,其特征在于:包括圆周轨道的底座(2),通过支柱与底座(2)固定的上挡板(1),安装在底座(2)上且与之同心的可自由旋转的输出轴(3),人字型驱动机构(5),安装在人字型驱动机构(5)上部的压电陶瓷(4),安装在人字型驱动机构(5)下部两端的用于锁止的第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)以及第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)内部的第一压电陶瓷(7-1)和第二压电陶瓷(7-2);安装完成后,当其内部的第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)不通电时,第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)与上挡板(1)和底座(2)间为紧配合,来保证第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)与第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)组成的锁止机构在断电时有效锁止。

2.根据权利要求1所述的一种人字结构驱动的步进式角位移压电作动器,其特征在于:所述人字型驱动机构(5)为一体加工而成包括与输出轴(3)同心且抱死的夹紧机构(501),通过柔性铰链(502)与夹紧机构(501)连接的第一作动臂(503)和第二作动臂(504),以及通过柔性铰链(502)与第一作动臂(503)和第二作动臂(504)分别连接的第一滑块(505)和第二滑块(506),所述第一滑块(505)和第二滑块(506)与底座(2)的轨道相切,在未锁止状态下,可以在轨道上发生自由滑动;所述夹紧机构(501)的中心轴旋转一个角度时,在滑动摩擦力的作用下,带动输出轴(3)绕其轴心旋转同样的角度;第一作动臂(503)和第二作动臂(504)分别用来推动第一滑块(505)和第二滑块(506)在底座轨道(2)上滑动。

3.根据权利要求1所述的一种人字结构驱动的步进式角位移压电作动器,其特征在于:人字型驱动机构(5)的第一作动臂(503)和第二作动臂(504)末端安装了由横放的第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)以及第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)组成的锁止机构,其长轴与底座(2)和上挡板(1)平行,短轴在第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)断电状态时的长度大于底座(2)与上挡板(1)之间的距离,故具有了断电锁止功能。

4.权利要求1所述一种人字结构驱动的步进式角位移压电作动器实现作动的方法,其特征在于:能够实现输出轴(3)的双向步进式旋转;初始状态时压电陶瓷(4)、第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)均不带电,通过第一菱形环(6-1)、第二菱形环(6-2)与底座(2)和上挡板(1)之间的摩擦力,作动器处于锁止状态;

旋转作动器驱动输出轴(3)输出一个逆时针角度时的驱动方案如下:第一步,给第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)通电,使第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)长轴伸长,短轴收缩,脱离了与底座(2)和上挡板(1)之间的摩擦接触,从而解除作动器的锁止状态,于是人字型驱动机构(5)的第一滑块(505)和第二滑块(506)具有了在底座(2)的轨道上滑动的能力;第二步,给压电陶瓷(4)通电,人字型驱动机构(5)上部产生膨胀,通过柔性铰链(502)作用于第一作动臂(503)和第二作动臂(504),两臂张角扩大,推动第一滑块(505)和第二滑块(506)在底座(2)的轨道上分别在顺时针和逆时针方向上运动;第三步,对第二锁止压电陶瓷(7-2)断电,第二菱形环(6-2)长轴缩短,短轴伸长至初始状态,与底座(2)和上挡板(1)发生摩擦接触,人字型驱动机构(5)的第二作动臂(504)末端的第二滑块(506)被锁止,此时柔性铰链(502)处于拉伸状态;第四步,给压电陶瓷(4)断电,人字型驱动机构(5)上部复原,整个结构有回到初始状态的趋势,柔性铰链(502)在恢复过程中,第一作动臂(503)在柔性铰链(502)的作用下发生逆时针方向的旋转,它与第二作动臂(504)的张角也恢复初始角度,两臂的中心线绕底座(2)即输出轴(3)圆心逆时针旋转一个角度,夹紧机构(501)抱住输出轴(3)逆时针旋转相同的角度;第五步,第一锁止压电陶瓷(7-1)断电,第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)此时均被锁止,整个作动器处于锁止状态;至此,角位移压电作动器输出一个逆时针方向上的步进角度;重复上述五个步骤,能够实现输出轴(3)在逆时针方向上的步进式大转角旋转;

旋转作动器驱动输出轴(3)输出一个顺时针角度时的驱动方案如下:第一步,给第一锁止压电陶瓷(7-1)和第二锁止压电陶瓷(7-2)通电,推动第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)长轴伸长,短轴收缩,脱离了与底座(2)和上挡板(1)之间的摩擦接触,从而解除作动器的锁止状态,于是人字型驱动机构(5)的第一滑块(505)和第二滑块(506)具有了在底座(2)的轨道上滑动的能力;第二步,给压电陶瓷(4)通电,人字型驱动机构(5)上部产生膨胀,通过柔性铰链(502)作用于第一作动臂(503)和第二作动臂(504),两臂张角扩大,推动第一滑块(505)和第二滑块(506)在底座轨道(2)上分别在顺时针和逆时针方向上运动;第三步,对第一锁止压电陶瓷(7-1)断电,第一菱形环(6-1)长轴缩短,短轴伸长至初始状态,与底座(2)和上挡板(1)发生摩擦接触,人字型驱动机构(5)的第一作动臂(503)末端的第一滑块(505)被锁止,此时柔性铰链(502)处于拉伸状态;第四步,给压电陶瓷(4)断电,人字型驱动机构(5)上部复原,整个结构有回到初始状态的趋势,柔性铰链(502)在恢复过程中,第二作动臂(504)在柔性铰链(502)的作用下发生顺时针方向的旋转,它与第一作动臂(503)的张角也恢复初始角度,两臂的中心线绕底座(2)即输出轴(3)圆心顺时针旋转一个角度,夹紧机构(501)抱住输出轴(3)顺指针旋转相同的角度;第五步,第二锁止压电陶瓷(7-2)断电,第一菱形环(6-1)和第二菱形环(6-2)此时均被锁止,整个作动器处于锁止状态;至此,角位移压电作动器输出一个顺时针方向上的步进角度;重复上述五个步骤,能够实现输出轴(3)在顺时针方向上的步进式大转角旋转。

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