[发明专利]含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器及方法

权利要求书

1.一种含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器，其特征在于：包括双层结构的定子(1)，安装于定子(1)内的转子(2)，通过丝杠螺纹连接于转子(2)中心的丝杠(3)，位于转子(2)中的驱动环(4)，通过柔性铰链与转子(2)连接的曲梁(5)，连接于曲梁(5)末端的钳位环(6)，钳位环(6)安装在定子(1)的双层结构间；第一压电堆(7)安装于驱动环(4)中，推动曲梁(5)绕转子(2)转动，第二压电堆(8)安装于钳位环(6)中，用于锁定曲梁(5)与定子(1)之间的运动。

2.根据权利要求1所述的含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器，其特征在于：转子(2)与钳位环(6)间使用曲梁(5)连接，通过曲梁(5)向转子输出作动力。

3.根据权利要求1所述的含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器，其特征在于：其锁定特征采用丝杠自锁原理，转子(2)与纵向输出丝杠(3)之间采用梯形丝杠结构，实现旋转—纵向位移的输出。

4.根据权利要求1所述的含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器，其特征在于：钳位环(6)安装在定子(1)的双层结构间，依靠纵向挤压提供的摩擦力实现钳位。

5.权利要求1所述的含曲梁结构的双压电堆步进旋转式作动器的作动方法，其特征在于：能实现双向旋转，当第一压电堆(7)与第二压电堆(8)同时断电时，作动器处于初始锁止状态，依靠转子(2)与丝杠(3)之间的丝杠螺纹对转子(2)与丝杠(3)进行锁止；作动器实现顺时针转动时步骤如下；第一步：第一压电堆(7)通电，由于逆压电效应，第一压电堆(7)伸长，带动连接驱动环(4)的柔性铰链发生弯曲，推动了曲梁(5)大致沿圆周切向向顺时针方向转动，从而使钳位环(6)与其中的第二压电堆(8)向顺时针方向产生微小位移；第二步：第二压电堆(8)通电，由于逆压电效应，钳位环(6)被顶开，沿丝杠(3)方向伸长，由于外部定子(1)的限制使得钳位环(6)锁止在定子(1)中；第三步：第一压电堆(7)断电，驱动环(4)恢复原长，其所属的柔性铰链复位，同时由于钳位环(6)固定了定子(1)与曲梁(5)之间的相对运动，转子(2)将在驱动环(4)所属柔性铰链的带动下沿顺时针转动，另外由于转子(2)与丝杠(3)之间采用螺纹连接，转子(2)转动同时推动丝杠(3)输出轴向位移；第四步：第二压电堆(8)断电，装置回复到初始状态，同时与最初状态相比，转子(2)沿顺时针方向完成了一步微小位移，另外由于转子(2)与丝杠(3)之间的丝杠螺纹，转动同时推动丝杠(3)输出轴向位移；循环进行上述一到四步，即实现转子(2)的连续作动，同时带动丝杠(3)沿其轴向持续作动；该作动器实现逆时针转动时，同样分四步进行作动，具体步骤如下：第一步：第二压电堆(8)通电，带动钳位环(6)伸长，由于定子(1)的限制使钳位环(6)与曲梁(5)的末端与定子(1)保持固定；第二步：第一压电堆(7)通电，驱动环(4)在第一压电堆(7)带动下伸长，其所属的柔性铰链发生转动，同时由于曲梁(5)末端固定于定子(1)，转子(2)将在柔性铰链转动时沿逆时针转动，另外由于转子(2)与丝杠(3)之间采用丝杠螺纹连接，转子(2)转动同时推动丝杠(3)输出轴向位移；第三步：第二压电堆(8)断电，钳位环(6)恢复原长，曲梁(5)与定子(1)不再固定；第四步：第一压电堆(7)断电，驱动环(4)恢复原长，曲梁(5)在驱动环(4)复位拉动作用下绕驱动环(4)处的柔性铰链近似沿定子(1)圆周向逆时针方向转动，至此作动器恢复到初始状态，且转子(2)沿逆时针方向产生微小转动；循环进行上述一到四步，即实现转子逆时针的连续作动，同时带动丝杠(3)沿其轴向持续作动。