基于压电纤维的惯性旋转驱动装置的制作方法

本发明属于精密机械驱动领域。应用于微型机器人驱动、微小型机械等方面。

背景技术：

近年来，随着微纳米技术的迅猛发展，在生物医学工程、精密机械、机器人、计算机、自动控制、精密测量、精密器件微制造、超精密加工等技术领域对微小型机械的驱动技术的需求日益增多。传统精密驱动主要采用机械式，如精密丝杠副及滚动滑动导轨、精密螺旋楔块机构等，但由于存在间隙、摩擦、爬行等问题，其精度很难满足要求，在这种条件下发展出许多新型的驱动方式，例如静电吸引式、电磁式、磁致伸缩式、形状记忆合金式以及压电式等。

压电驱动的工作原理主要是应用压电材料的逆压电效应，即当压电体受电场作用时会产生形变，与其他方式相比具有机电转化系数高、无电磁干扰、响应速度快等优点，而柔性压电纤维可以使用在曲面结构上，在新型智能材料方面具有广阔的应用前景。

另一方面惯性式压电驱动装置因其在工作行程、分辨率、工作频率、运动速度、频率响应、制造成本、受压电元件滞环蠕变影响程度等方面具有独特的优势，已经发展成为压电精密驱动的一个重要部分。现有的压电惯性驱动装置多采用非对称电信号作为激励信号，但这种驱动装置有信号不易于产生、机构不容易控制、有较大回退运动等缺点。鉴于目前压电惯性驱动装置所存在的问题，本发明提出一种基于压电纤维的惯性旋转驱动装置，通过控制质量块产生的惯性冲击力，使压电驱动装置产生旋转运动。具有结构简单、易于实现、器件可靠性高、无电磁干扰、激励信号易于产生和控制、装置可控性好等优点。

技术实现要素：

本发明所需要解决的技术问题是：压电纤维在电信号的激励下，驱动金属板带动质量块转动，利用过程中产生的惯性力实现装置整体的转动。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

所述的压电纤维1(2)与金属板1(3)、压电纤维2(4)与金属板2(5)均采用导电胶粘接。

所述的金属板1(3)和金属板2(5)需加工出一定弧度，从而使其具有更好的力学性能，端部加工成螺纹柱以便连接质量块1(1)、质量块2(6)。同时质量块1(1)和质量块2(6)均有对应螺纹孔。

对所述的压电驱动装置通入激励信号，压电纤维伸长变形，驱动金属板带动质量块顺时针迅速转动，然后改变电信号，金属板复原，质量块逆时针移动，利用此过程中质量块所产生的惯性冲击力，实现装置逆时针转动。

对所述的压电驱动装置通入激励信号，压电纤维(2)伸长变形，驱动金属板带动质量块缓慢顺时针转动，然后改变电信号，金属板快速复原，质量块逆时针迅速转动，产生顺时针方向的惯性冲击力，实现装置整体顺时针转动。

本发明所述的基于压电纤维的惯性旋转驱动装置通过金属板和压电纤维相粘接的设计，有效减弱了结构的复杂程度，克服了装置不容易控制的缺点。金属板具有一定的弧度，不是平板，与压电纤维粘接，提高了质量块的速度，利于储存动能。实现了装置定向转动的目的。

附图说明

图1为基于压电纤维的惯性旋转驱动装置整体结构示意图；

图2为基于压电纤维的惯性旋转驱动装置的顺时针运动示意图；

图3为基于压电纤维的惯性旋转驱动装置的逆时针运动示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种基于压电纤维的惯性旋转驱动装置，是一种利用压电纤维的逆压电效应和惯性驱动原理驱动机构实现转动的新型驱动装置。如图1所示，金属板1(3)两端分别连接质量块1(1)和支柱(7)，金属板2(5)两端分别连接质量块2(6)和支柱(7)，质量块1(1)和质量块2(6)在运动的过程中产生惯性力。动力源是两片具有柔性的压电纤维，预弯曲呈一定弧度的金属板与压电纤维粘接并在一端连接质量块，整体构成致动器。压电纤维与金属板之间采用导电胶并联粘接。金属板1(3)、金属板2(5)加工出一定弧度，端部加工成螺纹柱以便连接质量块1(1)、质量块2(6)和支柱(7)，质量块1(1)、质量块2(6)和支柱(7)具有对应的螺纹孔。底板(9)和支柱(7)用来稳定致动器，两者通过滚动轴承(8)连接。金属板在粘接压电纤维时应有适当的预变形，达到增大质量块行程，从而利于储存动能的目的。

压电纤维在电信号激励下伸长变形，金属板带动质量块顺时针迅速转动，相应产生逆时针方向的惯性冲击力，装置整体逆时针转动，然后改变输入的电信号，金属板复原，质量块逆时针移动，装置恢复到原来的状态，完成一个运动周期。重复上述过程可以实现装置整体逆时针方向连续转动。改变通入的电信号形式，压电纤维伸长变形，驱动金属板带动质量块顺时针缓慢转动，然后改变电信号，金属板快速复原，质量块1(1)逆时针迅速转动，产生沿顺时针方向的惯性冲击力，装置整体顺时针转动，完成一个运动周期。重复上述过程可以实现装置整体顺时针连续转动。