[发明专利]自适应步进式角位移压电作动器及方法有效

专利信息
申请号: 201410649219.4 申请日: 2014-11-14
公开(公告)号: CN104362889A 公开(公告)日: 2015-02-18
发明(设计)人: 武彤晖;徐明龙;敬子建;苗维凯 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: H02N2/02 分类号: H02N2/02
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 何会侠
地址: 710049*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 自适应 步进 位移 压电 作动器 方法
【权利要求书】:

1.一种自适应步进式角位移压电作动器,其特征在于:包括圆周轨道底座(1),位于圆周轨道底座(1)中心孔内的精密轴承(2),自适应调节臂(3)位于精密轴承(2)之上,且自适应调节臂(3)的中心孔与精密轴承(2)的位置对中,所述自适应调节臂(3)的上端即中心孔所在位置为菱形弹性结构,中部为柔性铰链机构,下端为下部菱形位移放大机构,下部菱形位移放大机构内设置用于箝位的第一压电陶瓷驱动器(4),中部的柔性铰链机构侧面固定有中部菱形位移放大机构,中部菱形位移放大机构内设置用于驱动的第二压电陶瓷驱动器(5),直角臂(6)通过螺栓与自适应调节臂(3)中部的柔性铰链机构固定连接,并通过螺栓与自适应调节臂(3)内的第二压电堆(5)的输出端固定连接,所述直角臂(6)与自适应调节臂(3)的下端平齐,圆周轨道底座(1)的半径略小于自适应调节臂(3)中心孔距下端的长度。

2.根据权利要求1所述的一种自适应步进式角位移压电作动器,其特征在于:当圆周轨道底座(1)的圆周度不理想或自适应调节臂(3)与直角臂(6)长度加工存在误差时,仍然能够通过菱形弹性结构进行调整达到自适应的效果;自适应调节臂(3)装入圆周轨道底座(1)时即为压缩状态,当圆周轨道底座(1)某处由于加工误差半径过长时,菱形弹性结构通过自身弹性变形伸长从而补偿原本欠缺的长度达到锁死箝位,当圆周轨道底座(1)某处半径由于加工误差过短时,直角臂(6)与自适应调节臂(3)中部的柔性铰链处固定,菱形弹性结构根据圆周轨道底座(1)半径的长度压缩,当自适应调节臂(3)需要松开时,直角臂(6)与圆周轨道底座(1)处于箝位状态并且自适应调节臂(3)的中心孔到圆周轨道底座(1)的距离不变,因此当自适应调节臂(3)的下端收缩时,在已经与半径长度相匹配的状态下第一压电陶瓷驱动器(4)通电伸长下端沿半径缩短,一定能够达到脱离接触的目的,同样,当直角臂(6)需要松开时,自适应调节臂(3)下端菱形位移放大机构伸长,上端菱形弹性结构刚度小于圆周轨道的刚度从而菱形弹性结构变形压缩,直角臂(6)沿压缩方向移动,由于直角臂(6)的长度不会发生变化,所以原有固定点沿径向上移时,下端与圆周轨道底座(1)脱离,呈非箝位松开状态。

3.根据权利要求1所述的一种自适应步进式角位移压电作动器,其特征在于:所述直角臂(6)与自适应调节臂(3)内的第二压电堆(5)的输出端固定连接的直角边有两个方便旋转时摆动的柔性铰链。

4.权利要求1所述的自适应步进式角位移压电作动器实现步进式旋转的方法,其特征在于:初始状态时自适应调节臂(3)内的第一压电陶瓷驱动器(4)和第二压电陶瓷驱动器(5)均不带电,由于圆周轨道底座(1)的半径略小于自适应调节臂(3)中心孔距下端的长度,所以整个自适应调节臂(3)的菱形弹性结构呈压缩状态装入圆周轨道底座(1)中,下端与轨道接触且由于摩擦力整个作动器处于锁死状态;第一步,第一压电陶瓷驱动器(4)加反向电压缩短,则自适应调节臂(3)沿圆周轨道底座(1)径向伸长,由于自适应调节臂(3)上端为菱形弹性结构刚度小于圆周轨道的刚度,因此在下端伸长的同时上端菱形弹性结构沿径向压缩变形,自适应调节臂(3)呈箝位状态,直角臂(6)由于上端与自适应调节臂(3)的中部柔性铰链固定,当自适应调节臂(3)上端的菱形弹性结构变形压缩时直角臂(6)沿压缩方向移动,由于直角臂(6)的长度不会发生变化,所以原有固定点沿径向上移时,下端与圆周轨道底座(1)脱离,呈非箝位松开状态;第二步,第二压电陶瓷驱动器(5)加正向电压伸长,输出端与直角臂(6)固定,因此拉动直角臂(6)绕自适应调节臂(3)中部的柔性铰链处转动,产生逆时针方向的角位移;第三步,自适应调节臂(3)下端的第一压电陶瓷驱动器(4)加正向电压伸长,自适应调节臂(3)沿径向缩短,此时自适应调节臂(3)上端的菱形弹性结构由压缩状态逐渐恢复初始状态,已经偏转的直角臂(6)下端接触到圆周轨道底座(1),呈箝位状态,自适应调节臂(3)的下端继续缩短,脱离圆周轨道底座(1),呈非箝位松开状态,此时第二压电陶瓷驱动器(5)断电缩短,自适应调节臂(3)受到弹性回复力也沿逆时针方向步进式一定角位移,然后第一压电陶瓷驱动器(4)断电,自适应调节臂(3)再次与圆周轨道底座(1)接触,呈箝位状态;如此循环上述三步,即可实现逆时针方向步进式旋转;同样,顺时针也可以用类似的方法实现;同时,由于第一压电陶瓷驱动器(4)、第二压电陶瓷驱动器(5)不通电时,自适应调节臂(3)与直角臂(6)与圆周轨道底座(1)相接触,靠摩擦力进行箝位,系统处于锁止状态,因此所述作动器具有断电后位置锁止的功能。

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