金属履带结构如图2所示。金属履带内表面的粗糙度与金属履带的材质呈一定比例关系，具体内表面粗糙度的选取可以根据金属履带材料通过有限次实验确定。
[0025]第一扭振压电陶瓷片和第二扭振压电陶瓷片只有一个极化区，极化方向为从Y轴负向指向Y轴正向，如图3所示。第三扭振压电陶瓷片和第四扭振压电陶瓷片只有一个极化区，极化方向为从Y轴正向指向Y轴负向，如图4所示。第一弯振压电陶瓷片和第三弯振压电陶瓷片只有一个极化区，极化方向为从X轴负向指向X轴正向，如图5所示。第二弯振压电陶瓷片和第四弯振压电陶瓷片只有一个极化区，极化方向为从X轴正向指向X轴负向，如图6所示。槽内预紧楔块每一侧的四片压电陶瓷片、两片输入电极片和一片接地电极片使用环氧树脂胶胶合在一起，8组压电陶瓷片的胶合方式如图7所示。预紧楔块装置的结构如图8所示。当只在第一扭振压电陶瓷片、第二扭振压电陶瓷片、第三扭振压电陶瓷片、第四扭振压电陶瓷片输入第一电信号，将在在变截面梁上激励出扭振模态，同时两个环形构件上出现具有n(n 2 2)个波峰和波谷一并呈现的弯振模态；当只在第一弯振压电陶瓷片、第二弯振压电陶瓷片、第三弯振压电陶瓷片和第四弯振压电陶瓷片输入与第一电信号有90 ?相位差的第二电信号，将在变截面梁上激励出弯振模态，同时两个圆环构件上被激励出与输入第一电信号时的弯振模态具有π/2空间相位差的另一个具有n(n > 2)个波峰和波谷一并呈现的弯振模态。当同时施加两相电信号时，这两个同形弯振模态在环形构件上耦合成具有n(n 2
2)个波峰和波谷一并呈现的同向旋转的沿着圆周方向行进的行波，环形构件外表面的质点做微幅椭圆运动，并通过摩擦作用驱动与其接触的金属履带运动;将第一、第二电信号之间的相位差改变为-90°，在环形构件上形成的具有n(n 2 2)个波峰波谷一并呈现的行波将反向，因此金属履带的运动方向也将反向。
[0026]以n=6，第一电信号为余弦信号，第二电信号为正弦信号为例，电信号在压电陶瓷片上施加方式如图9所示。当只对弯振压电陶瓷片施加正弦信号时，将在变截面梁上激发出5阶弯振，两个环形构件被激励出6个波峰和波谷一并呈现的弯振振型，并且变截面压电换能器与两个环形构件的连接处都位于弯振振型的波峰或波谷处，如图10所示；当只对扭振压电陶瓷片施加余弦信号时，将在变截面梁上激发出4阶扭振，两个环形构件被激励出具有6个波峰和波谷一并呈现的弯振振型，并且变截面压电换能器与两个环形构件连接处都位于弯振振型的节点位置，且这两个连接位置处的节点振型在空间上具有的相位差，如图11所示。两个环形构件上形成的两个同形弯振振型在空间上具有V2的相位差，当同时施加两相电信号时，两个环形构件上耦合具有出了6个波峰和波谷一并呈现的同向旋转的沿着圆周方向行进的弯曲行波。环形构件外表面的质点将做微幅的椭圆运动，并通过摩擦作用驱动设置在其表面的履带运动。
[0027]将第一、第二电信号之间的相位差改变为-90°，在环形构件上形成的具有n(n2 2)个波峰波谷一并呈现的行波将反向，因此金属履带的运动方向也将反向。
[0028]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置，包括金属履带(I)、两个环形构件(2)和变截面压电换能器(3)，其特征在于:所述金属履带(I)的内表面与环形构件(2)的外表面接触，两个环形构件(2)之间通过变截面压电换能器(3)连接，所述的变截面压电换能器(3)上开有一对安装槽，安装槽内通过预紧楔块装置(3-2)固定有压电陶瓷片组件;所述的压电陶瓷片组件包括胶合的扭振压电陶瓷片、弯振压电陶瓷片、输入电极片(3-4)和接地电极片(3-6)，其中，扭振压电陶瓷片施加第一信号，弯振压电陶瓷片施加第二信号，第一信号和第二信号的相位差为90°。2.根据权利要求1所述的弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的金属履带(I)由若干履带块(4)通过圆柱销(5)连接而成，所述金属履带(I)与环形构件(2)接触的内表面的粗糙度接近光滑程度。3.根据权利要求1所述的弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的变截面梁(3-1)与环形构件(2)连接处截面积最小。4.一种弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置的工作方法，其特征在于:在扭振压电陶瓷片上施加第一电信号，将在变截面梁(3-1)上激励出扭振模态，同时在两个环形构件(2)上激励出具有η个波峰和波谷一并呈现的弯振模态;在弯振压电陶瓷片上施加第二电信号，第一信号和第二信号的相位差为±90°，将在变截面梁(3-1)上激励出弯振模态，同时在两个环形构件(2)上激励出与第一电信号在环形构件(2)上激励出的弯振模态具有π/2空间相位差的另一个具有η个波峰和波谷一并呈现的弯振模态;上述两个存在η个波峰和波谷一并呈现的弯振模态在环形构件上耦合成具有η个波峰和波谷一并呈现的同向旋转的沿着圆周方向行进的弯曲行波，环形构件(2)外表面的质点做微幅椭圆运动，并通过摩擦作用驱动与其接触的金属履带运动，上述的η 2 2。5.根据权利要求6所述的弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置的工作方法，其特征在于:将第一、第二电信号之间的相位差由90°改变为-90°时，在环形构件(2)上形成的具有η(η 22)个波峰波谷一并呈现的行波将反向，金属履带向相反方向运动。
【专利摘要】本发明提供了一种弯扭耦合型压电驱动履带行驶装置及其工作方法,该装置包括金属履带、两个环形构件和变截面压电换能器；所述环形构件设置在所述变截面压电换能器的两端，所述变截面压电换能器包括多组压电陶瓷片、两个预紧楔块以及变截面梁，所述压电陶瓷片按照一定顺序排列并通过所述预紧楔块装置固定在变截面梁的槽内。本发明通过激励压电陶瓷片，在变截面梁上激发出弯振模态和扭振模态，从而在环形构件上耦合具有n(n≥2)个波峰和波谷一并呈现的沿周向旋转的行波，环形构件外表面质点将做微幅椭圆运动，并通过摩擦作用驱动金属履带运动，具有结构紧凑、力（矩）重量比大、环境适应性强、结构形式灵活多变、速度快和机电耦合效率高等优点。
【IPC分类】H02N2/16
【公开号】CN105490582
【申请号】CN201510950090
【发明人】王亮, 舒承有, 蒋正, 金家楣
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月18日