一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，包括：壓電振子、質量塊、半彎月形彈性體，其中：所述壓電振子由彈性基板和貼在其上下表面的壓電薄片材料組成；所述質量塊布置在所述壓電振子的上表面中心位置；所述半彎月形彈性體為橫截面為半彎月形的薄片結構，粘貼在所述壓電振子下表面遠離中心的位置；所述兩個相同的半彎月形彈性體彎曲方向一致；所述壓電振子往復彎曲變形提供垂直方向的振動，通過半彎月形彈性體的彈性變形產生水平方向的驅動能力，該裝置作為驅動器，主要用于軟體機器人、探測救援、生物醫療等領域，具有結構簡單、響應速度快、環境適應性強等優點。
【專利說明】
一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器
技術領域
[0001]本發明屬于壓電驅動領域，具體涉及一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，微型驅動技術在超精密機械及其制造、精密測量、生物醫療等學科領域中占據越來越重要的地位，各種形式各異的具有精密驅動、精密定位的新型驅動器被陸續開發出來。而壓電陶瓷材料具備的高精度、響應快、驅動力大、驅動功率低、工作頻率寬、不受電磁干擾等優點，隨著壓電元件性能的不斷發展提升以及加工技術水平的進步，近年來，由此類元件作為微小驅動的微納米級精密驅動器越來越受到關注。然而，現有的壓電式微型驅動器結構相對復雜，加工困難，成本較高，并且多為剛性結構，工作時驅動器直接與工作平面剛性接觸，對工作環境的要求相對較高，因此設計一種結構簡單、環境適應性強的微小型驅動器已十分重要。

【發明內容】

[0003]為了解決目前一般的微小型壓電驅動器結構復雜、尺寸偏大、環境適應性差的問題，提出了一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，該驅動器由壓電振子、質量塊、半彎月形彈性體構成，所述壓電振子提供垂直方向的激勵，通過半彎月形彈性體的彈性變形產生水平方向的驅動能力。本發明與現有的壓電驅動器相比，驅動器本身通過彈性體與工作面相接觸，避免了剛性接觸，對工作面的要求較低，提高了環境適應性和驅動能力，同時還能延長驅動器的使用壽命。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]本發明一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，包括:壓電振子、質量塊、半彎月形彈性體，其中:所述壓電振子由彈性基板和貼在其上下表面的壓電薄片材料組成;所述質量塊布置在所述壓電振子長度方向的中心位置;所述半彎月形彈性體為橫截面為半彎月形的薄片結構，由兩個半彎月形底面、兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線;所述安裝平面粘貼在所述壓電振子的下表面遠離中心的位置，遠離中心的位置振幅較大;所述接觸直線與所述壓電振子的寬度方向平行;所述兩個相同的半彎月形彈性體彎曲方向一致。
[0006]所述壓電振子的下表面成對布置有兩個半彎月形彈性體，或在所述壓電振子的下表面布置多個半彎月形彈性體。
[0007]所述壓電振子的下表面布置有兩個大小相同的半彎月形彈性體，或布置有兩個大小不同的半彎月形彈性體。
[0008]工作時，將驅動器放置在工作平面上，所述半彎月形彈性體上的接觸直線與工作平面接觸。在所述壓電振子上施加高頻交流電壓使其發生往復彎曲變形，中間的質量塊由于存在較大的慣性力，振動過程中重心基本不變，因此質量塊的作用是使壓電振子的振幅盡可能從兩端輸出。當壓電振子帶動半彎月形彈性體從上極限位置向下運動時，所述半彎月形彈性體受到擠壓發生彈性變形，此時由于正壓力增大，摩擦力也較大，所述半彎月形彈性體上的接觸直線與工作面相接觸不會發生滑移，因此與所述半彎月形彈性體上端相連接的壓電振子的端部向下振動的同時會產生一個水平方向的正向位移，即由上極限“位置I”運動到下極限“位置2”；當壓電振子帶動半彎月形彈性體從下極限位置向上運動時，此時正壓力突然減小甚至暫時性的消失，所述半彎月形彈性體逐漸恢復原狀，在恢復原狀的過程中由于摩擦力減小甚至消失，即在向上振動的同時所述半彎月形彈性體上端的安裝平面在彈性回復力和摩擦力的共同作用下產生一個微小的逆向位移，所述半彎月形彈性體下端的接觸直線發生滑移產生一個總的正向位移，即由下極限“位置2”運動到上極限“位置3”，完成一個工作循環，在此過程中，半彎月形彈性體上與工作平面相接觸的接觸直線向前運動一個步長，在交變電壓作用下，實現定向的步進驅動能力。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器結構示意圖。
[0010]圖2是本發明一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器的構件及組成。
[0011 ]圖3是本發明各零件安裝關系示意圖。
[0012]圖4是本發明壓電振子振動的示意圖。
[0013]圖5是本發明一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器的運動示意圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本發明一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器由壓電振子1、質量塊2、半彎月形彈性體3構成，其中:
[0015]所述壓電振子I由彈性基板11和貼在其上下表面的壓電薄片材料12組成;所述質量塊2布置在所述壓電振子I長度方向的中心位置;所述半彎月形彈性體3為橫截面為半彎月形的薄片結構，由兩個半彎月形底面、兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面31圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線32;所述安裝平面31粘貼在所述壓電振子I的下表面遠離中心的位置;所述接觸直線32與所述壓電振子I的寬度方向平行;所述兩個相同的半彎月形彈性體3彎曲方向一致。
[0016]所述壓電振子I的下表面成對布置有兩個大小相同的半彎月形彈性體3。
[0017]工作時，將驅動器放置在工作平面上，所述半彎月形彈性體3上的接觸直線32與工作平面接觸。在所述壓電振子I上施加高頻交流電壓使其發生往復彎曲變形，通過半彎月形彈性體3的彈性變形產生水平方向的驅動能力。
【主權項】
1.一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，包括:壓電振子(I)和質量塊(2)，其特征在于還包括兩個半彎月形彈性體(3)，其中:所述壓電振子(I)由彈性基板(11)和貼在其上下表面的壓電薄片材料(12)組成;所述質量塊(2)布置在所述壓電振子(I)長度方向的中心位置;所述半彎月形彈性體(3)為橫截面為半彎月形的薄片結構，由兩個半彎月形底面、兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面(31)圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線(32);所述安裝平面(31)粘貼在所述壓電振子(I)的下表面遠離中心的位置;所述接觸直線(32)與所述壓電振子(I)的寬度方向平行;所述兩個相同的半彎月形彈性體(3)彎曲方向一 Sc ο2.根據權利要求1所述的一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，其特征在于:所述壓電振子(I)的下表面成對布置有兩個半彎月形彈性體(3)，或在所述壓電振子(I)的下表面布置多個半彎月形彈性體(3)。3.根據權利要求1所述的一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器，其特征在于:所述壓電振子(I)的下表面布置有兩個大小相同的半彎月形彈性體(3)，或布置有兩個大小不同的半彎月形彈性體(3)。
【文檔編號】H02N2/02GK105897041SQ201610422410
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】吳越, 楊志剛, 劉慶萍, 王京春, 涂前進, 宋正義
【申請人】吉林大學