[发明专利]自适应步进式角位移压电作动器及方法

说明书

技术领域

本发明属于压电陶瓷驱动装置，具体涉及一种自适应步进式角位移压电作动器及方法。

背景技术

压电作动器因其小体积、大作动力、精密微位移特性，在很多领域有着广泛的应用，如航天航空、汽车工程等，其输出的位移具有很高的分辨率，在直线微位移控制方面具有优异的特性，随着科技的发展，对压电作动器的要求也越来越高，很多领域不仅需要其具有很高的位移分辨率、大驱动力，同时还需要大范围的位移输出，但现有的压电堆输出行程非常小，且只能输出直线位移，而对相应的安装结构有很高的机械加工精度要求，非常微小的加工误差就可能导致整个作动器不能使用，因此应用范围被大大减小。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自适应步进式角位移压电作动器及方法，仅使用两个压电陶瓷驱动器即可将直线位移转化为角位移，同时通过协调两个压电陶瓷驱动器按一定规律运动使其步进式旋转从而达到输出大行程角位移的目的，通过自身机械结构可以在存在加工误差的情况下自适应调节内部尺寸，极大的增加了整个作动器运动的可靠性，减小了对部件加工精度的依赖性，结构紧凑，体积小，重量轻。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自适应步进式角位移压电作动器，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。

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。

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。