[发明专利]一种剪切型惯性压电旋转作动器及作动方法

说明书

本发明公开了一种剪切型惯性压电旋转作动器及作动方法，该作动器由质量块，剪切型压电块，旋转盘，精密轴承以及底座组成；质量块粘贴于剪切型压电块上方；剪切型压电块底部粘贴于旋转盘的固定凹槽中；旋转盘中部轴通过过盈配合固定于精密轴承中；精密轴承固定于底座中心的圆形槽内；通过对剪切型压电块输入锯齿波形驱动电压，使剪切型压电块产生周期性快速剪切变形以及相对缓慢的复位，从而产生惯性冲击力带动旋转盘转动，实现步进式转角输出；本发明结构紧凑，体积小，重量轻，非摩擦驱动(惯性力驱动)，无需预紧，位移输出大且稳定，利用单个压电块即可实现双向旋转。

技术领域

本发明涉及压电作动器领域，具体涉及一种剪切型惯性压电旋转作动器及作动方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的迅猛发展，驱动技术也在不断推陈出新，从传统的驱动机构到精密驱动器，各种各样的驱动技术不断涌现。而在微纳加工，精密光学，航空航天，生物医学等领域，微纳精密驱动已成为其重要的支撑技术之一。传统的驱动技术虽然有行程大，承载力高等优点，但由于其结构尺寸大，精度低等问题，已经难以满足这些前沿领域的技术需求。

压电陶瓷材料具有响应速度快，分辨率高，无电磁干扰等优点，因此利用压电陶瓷进行压电驱动器的研究近年来已经成为热点。其中，压电惯性式驱动器具有高精度，大行程，运动速度快，响应频率高，结构简单，易于实现等优点，因此，被广泛应用于航空航天，生物医学，微机电系统等领域。

但是，由于目前的惯性压电驱动器大部分是基于摩擦力驱动，在高频响应下，机构磨损严重，极大降低了驱动器的使用寿命，且需要增加预紧机构，从而使驱动器结构更为复杂，提高了加工难度，影响稳定性。

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剪切型惯性压电旋转作动器及作动方法，通过对剪切型压电块输入锯齿波形驱动电压，使剪切型压电块产生周期性快速剪切变形以及相对缓慢的复位，从而产生惯性冲击力带动旋转盘转动；此作动器结构紧凑，体积小，重量轻，非摩擦驱动(惯性力驱动)，无需预紧，位移输出大且稳定，利用单个压电块即可实现双向旋转。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种剪切型惯性压电旋转作动器，包括底座1，底座1中心的圆形槽内固定有精密轴承2，精密轴承2与旋转盘3下部中心的轴连接，旋转盘3边缘的凹槽内粘接有剪切型压电块4，剪切型压电块4顶部粘接质量块5；所述的剪切型压电块4中输入正电压时，将产生沿顺时针切向方向的剪切变形；剪切型压电块4中输入负电压时，将产生沿逆时针切向方向的剪切变形。

所述精密轴承2通过过盈配合固定于底座1中，所述旋转盘3下部中心轴通过过盈配合固定于精密轴承2中。

所述剪切型压电块4底部采用粘贴剂7649促进剂和326结构胶粘接在旋转盘3边缘的凹槽内；所述质量块5采用粘贴剂7649促进剂和326结构胶粘接在剪切型压电块4顶部。

所述的一种剪切型惯性压电旋转作动器的作动方法：未通电时，剪切型压电块4处于竖直状态；为使旋转盘3顺时针旋转，第一步，对剪切型压电块4输入迅速增长的负电压，此时剪切型压电块4产生沿逆时针方向切向的位移，使旋转盘3受到沿顺时针方向切向的惯性冲击，此时旋转盘3顺时针旋转一个微小角度θ₁；第二步，缓慢减小剪切型压电块4中的负电压，直至为零断电，在此过程中，剪切型压电块4带动质量块5沿顺时针切向运动，此时旋转盘3所受驱动力小于精密轴承2转子与定子间的摩擦力，旋转盘3保持不动，断电时剪切型压电块4形变停止，质量块5由于惯性仍保持一定速度，此时质量块5对旋转盘3产生大于摩擦力的惯性冲击力，带动旋转盘3再次沿顺时针方向转动一个微小角度θ₂，旋转盘3产生的两次微小角度之和即为一个旋转步距，此时剪切型压电块4处于竖直状态；重复第一、二步，能够使旋转盘3连续的顺时针旋转；类似的，将第一、二步中剪切型压电块4的负向输入电压变为正向输入电压，将实现旋转盘3连续的逆时针旋转。