一种基于压电纤维的旋转驱动器的制作方法

本实用新型涉及一种基于压电纤维的旋转驱动器,属于微纳精密驱动技术领域。

背景技术：

伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。

技术实现要素：

为实现大行程、高精度的结合，本实用新型公开一种基于压电纤维的旋转驱动器。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种基于压电纤维的旋转驱动器由基座、预紧力加载平台、定子、转子组成,其中预紧力加载平台和转子安装在基座上，定子固定安装在预紧力加载平台上，定子与转子保持弹性接触；所述的定子包括柔顺机构、压电纤维I、压电纤维II。通过给压电纤维I和压电纤维II施加同一正向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构和C形薄片柔顺机构伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头产生-y向位移，同时产生-x向位移，基于粘滑惯性原理，驱动转子逆时针转动；给压电纤维I施加正向锯齿波驱动电信号、压电纤维II施加负向锯齿波驱动电信号，倒C形薄片柔顺机构收缩，曲率变大，C形薄片柔顺机构伸展，曲率变小，基于粘滑惯性原理，半圆柱驱动头驱动转子顺时针转动。

柔顺机构包括倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II、半圆柱驱动头、刚性基座；所述的倒C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁I、C形薄片柔顺机构、柔顺机构连接梁II逆时针围成环；所述的倒C形薄片柔顺机构,凹侧中部连接刚性基座，凸侧用于粘贴压电纤维I；所述的C形薄片柔顺机构凸侧用于粘贴压电纤维II；所述的半圆柱驱动头设置于柔顺机构连接梁II中部，与转子弹性接触，用于驱动转子转动。

本实用新型的工作原理：压电纤维具有通正电伸长、负电收缩的特性，基于该特性，通过驱动电信号激励压电纤维，压电纤维I和压电纤维II相互配合，使定子产生摩擦驱动力，基于粘滑运动原理，驱动转子转动。

本实用新型的有益效果是：结构简单、便于装配、精度高、行程大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1所示为本实用新型的结构示意图；

图2所示为本实用新型的定子结构示意图；

图3所示为本实用新型柔顺机构结构示意图；

图4所示为本实用新型的逆时针运动驱动原理示意图；

图5所示为本实用新型的逆时针运动驱动电信号波形示意图；

图6所示为本实用新型的顺时针运动驱动原理示意图；

图7所示为本实用新型的顺时针运动驱动电信号波形示意图。

其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、柔顺机构；3-1-1、倒C形薄片柔顺机构；3-1-2、柔顺机构连接梁I；3-1-3、C形薄片柔顺机构；3-1-4、柔顺机构连接梁II；3-1-5、半圆柱驱动头；3-1-6、刚性基座；3-2、压电纤维I；3-3、压电纤维II；4、转子。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图5所示，所述的一种基于压电纤维的旋转驱动器由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定安装在预紧力加载平台(2)上，定子(3)与转子(4)保持弹性线接触。所述的定子(3)包括柔顺机构(3-1)、压电纤维I(3-2)、压电纤维II(3-3)。

所述的柔顺机构(3-1)包括倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)、半圆柱驱动头(3-1-5)、刚性基座(3-1-6)；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)、柔顺机构连接梁I(3-1-2)、C形薄片柔顺机构(3-1-3)、柔顺机构连接梁II(3-1-4)逆时针围成环；所述的倒C形薄片柔顺机构(3-1-1),凹侧中部连接刚性基座(3-1-6)，凸侧用于粘贴压电纤维I(3-2)；所述的C形薄片柔顺机构(3-1-3)凸侧用于粘贴压电纤维II(3-3)；所述的半圆柱驱动头(3-1-5)设置于柔顺机构连接梁II(3-1-4)中部，与转子(4)弹性接触，用于驱动转子(4)转动。

通过给压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)施加如图5所示的驱动电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)缓慢缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)和C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，使半圆柱驱动头(3-1-5)产生-y向位移，增大了半圆柱驱动头(3-1-5)与转子(4)压力，从而增大了摩擦力，同时产生-x向位移，驱动转子(4)逆时针转动；在t1-t2快速变形阶段，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)和C形薄片柔顺机构(3-1-3)快速回缩，曲率变大，转子(4)保持当前位置不变。

参见图6、图7所示，给压电纤维I(3-2)和压电纤维II(3-3)施加驱动电信号，在0-t1缓慢变形阶段，压电纤维I(3-2)缓慢伸长，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)收缩，曲率变大，压电纤维II(3-3)缓慢缩短，C形薄片柔顺机构(3-1-3)伸展，曲率变小，半圆柱驱动头(3-1-5)驱动转子(4)顺时针转动；在t1-t2快速变形阶段，压电纤维I(3-2)快速缩短，倒C形薄片柔顺机构(3-1-1)伸展，曲率变小，压电纤维II(3-3)快速伸长，C形薄片柔顺机构(3-1-3)回缩，曲率变大，转子(4)保持当前位置不变。