[发明专利]具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器及方法

权利要求书

1.具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器，其特征在于：包括基座(1)，分别固定在基座(1)左端和右端的左钳位机构(8)和右钳位机构(4)；所述右钳位机构(4)的中部为中空腔体，其内设置有右钳位压电堆(2)，右钳位压电堆(2)在右钳位机构(4)的中空腔体内两端通过柔性铰链和右钳位机构(4)连接，所述右钳位压电堆(2)采用过盈配合方式与两端的柔性铰链连接，以给右钳位压电堆(2)提供预紧力，所述右钳位机构(4)中空腔体下部对称的还设置有两个右柔性铰链(4-1)，所述右钳位机构(4)中空腔体上部为分体结构，两边的分体结构的对应位置均开有右半圆孔(4-2)，两个右半圆孔形成一个圆孔；所述左钳位机构(8)的结构同右钳位机构(4)，其中部为中空腔体，其内设置有左钳位压电堆(9)，左钳位压电堆(9)在左钳位机构(8)的中空腔体内两端通过柔性铰链和左钳位机构(8)连接，所述左钳位压电堆(9)采用过盈配合方式与两端的柔性铰链连接，以给左钳位压电堆(9)提供预紧力，所述左钳位机构(8)中空腔体下部对称的还设置有两个左柔性铰链(8-1)，所述左钳位机构(8)中空腔体上部为分体结构，两边的分体结构均开有左半圆孔(8-2)，两个左半圆孔形成一个圆孔；还包括椭圆驱动机构(6)，所述椭圆驱动机构(6)内采用过盈配合设置有驱动压电堆(5)，以给驱动压电堆(5)提供预紧力，椭圆驱动机构(6)的左右两端分别连接有导向杆(7)和输出杆(3)，所述导向杆(7)的另一端采用过盈配合方式穿过左钳位机构(8)的圆孔，所述输出杆(3)的另一端采用过盈配合方式穿过右钳位机构(4)的圆孔。

2.根据权利要求1所述的具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器，其特征在于：所述基座(1)两端各开有三个螺纹孔，左钳位机构(8)和右钳位机构(4)的底端相应位置也开有三个螺纹孔，左钳位机构(8)和右钳位机构(4)分别通过三个螺钉(10)固定在基座(1)的两端。

3.根据权利要求1所述的具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器，其特征在于：所述椭圆驱动机构(6)的刚度能够通过作动器的几何参数设计来调整，以保证足够的回弹拉力。

4.具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器驱动负载的方法，其特征在于：所述右钳位机构(4)的中空腔体内设置有柔性铰链，且右钳位机构(4)中空腔体下部对称的还设置有两个右柔性铰链(4-1)，当右钳位压电堆(2)加电伸长时，各柔性铰链产生弹性变形，使得右钳位机构(4)的上端圆孔张开一个角度，此时处于解锁状态；当右钳位压电堆(2)掉电回缩时，右钳位机构(4)的上端圆孔闭合，由于过盈配合使得圆孔将输出杆(3)抱紧，此时处于钳位状态；驱动压电堆(5)加电伸长时，推动输出杆(3)驱动负载，此时输出推力，同时椭圆驱动机构(6)产生弹性变形；当驱动压电堆(5)掉电回缩时，椭圆机构(6)回弹拉动输出杆(3)驱动负载，此时输出拉力；所述左钳位机构(8)的驱动方法同右钳位机构(4)。

5.根据权利要求4所述的驱动负载的方法，其特征在于：具体为：初始状态为右钳位压电堆(2)、左钳位压电堆(9)及驱动压电堆(5)均处于掉电状态，此时输出杆(3)处于钳位状态；为使输出杆(3)输出向左的拉力，第一步，左钳位压电堆(9)通电伸长使得左钳位机构(8)解锁；第二步，驱动压电堆(5)通电伸长，椭圆驱动机构(6)产生弹性变形；第三步，左钳位压电堆(9)掉电回缩使得左钳位机构(8)钳位；第四步，右钳位压电堆(2)通电伸长使得右钳位机构(4)解锁；第五步，驱动压电堆(5)掉电回缩，椭圆驱动机构(6)弹性变形恢复，其恢复力拉动输出杆(3)向左运动一步长；第六步，右钳位压电堆(2)掉电回缩使得右钳位机构(4)钳位，恢复到初始状态；重复步骤一到六，输出杆(3)以步进方式向左运动驱动负载；为使输出杆(3)向右运动输出推力，第一步，右钳位压电堆(2)通电伸长使得右钳位机构(4)解锁；第二步，驱动压电堆(5)通电伸长向右推动输出杆(3)驱动负载向右运动一步长，同时椭圆驱动机构(6)产生弹性变形；第三步，右钳位压电堆(2)掉电回缩使得右钳位机构(4)钳位；第四步，左钳位压电堆(9)通电伸长使得右钳位机构(4)解锁；第五步，驱动压电堆(5)掉电回缩，椭圆驱动机构(6)弹性变形恢复，其恢复力拉动导向杆(7)向右跟进一步长；第六步，左钳位压电堆(9)掉电回缩使得左钳位机构(8)钳位，恢复到初始状态；重复步骤一到六，输出杆(3)以步进方式向右运动驱动负载。