一種復合變阻尼定向驅動器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種復合變阻尼定向驅動器，包括：第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座，其中：所述壓電疊堆是由若干個圓形壓電陶瓷片堆疊而成的圓柱體結構；所述第一支撐腿和第二支撐腿為矩形薄板結構，大小形狀完全相同，對稱粘貼在所述壓電疊堆的兩個圓形底面上；所述第一腳支座和第二腳支座由兩種具有不同摩擦系數的材質復合而成，分別布置在所述第一支撐腿和所述第二支撐腿上；所述壓電疊堆通電發生伸縮變形，致使兩個腳支座上的不同摩擦系數材質與工作面接觸，從而產生定向驅動能力，該裝置作為驅動器，主要用于仿生機器人、探測救援等領域，具有結構簡單、環境適應性強等優點。
【專利說明】
一種復合變阻尼定向驅動器
技術領域
[0001]本發明屬于壓電驅動領域，具體涉及一種復合變阻尼定向驅動器。
【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、探測救援、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。伴隨著壓電驅動技術的發展，以壓電陶瓷為核心功能材料的驅動器在超精密定位驅動領域脫穎而出。壓電陶瓷驅動器具有能量密度大、響應速度快、分辨率高、抗電磁干擾、耐低溫真空環境等優勢。然而，現有的壓電式微型驅動器結構復雜、加工困難、不易更換易損易耗件，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、環境適應性差的問題，提出了一種復合變阻尼定向驅動器，該驅動器由第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座構成，所述壓電疊堆通電發生伸縮變形，腳支座往復運動過程中由于摩擦力的存在使得不同摩擦系數材質交替與工作面接觸，腳支座往復運動時滑移距離不同，因此形成向低摩擦系數材質所在方向的驅動能力。本發明與現有的壓電驅動器相比，磨損主要發生在兩個腳支座并且失效后可以更換，因此維護成本低;另一方面，驅動器本身通過柔性體腳支座與工作面相接觸，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中壓電陶瓷的使用壽命。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]本發明一種復合變阻尼定向驅動器，包括:第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座，其中:所述壓電疊堆是由若干個圓形壓電陶瓷片堆疊而成的圓柱體結構;所述第一支撐腿和第二支撐腿為矩形薄板結構，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿和第二支撐腿對稱粘貼在所述壓電疊堆的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿和第二支撐腿的長度大于所述壓電疊堆圓底面直徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座為柱體結構，由兩種具有不同摩擦系數的材質復合而成，即由第一高摩擦系數材質和第一低摩擦系數材質對稱粘接而成;所述第二腳支座的大小、結構、材質與所述第一腳支座完全相同；所述第一支撐腿的伸出端與所述第一腳支座通過粘接的方式相連接;所述第二支撐腿的伸出端與所述第二腳支座通過粘接的方式相連接;所述第一腳支座上的第一低摩擦系數材質與所述第二腳支座上的第二高摩擦系數材質相對布置，或所述第一腳支座上的第一高摩擦系數材質與所述第二腳支座上的第二低摩擦系數材質相對布置。
[0006]工作時，將驅動器放置在工作平面上，所述第一腳支座和第二腳支座與工作平面接觸。在所述壓電疊堆上施加低頻交流電壓使其發生往復伸縮變形，帶動兩個支撐腿相互靠近或相互遠離。在支撐腿移動過程中，腳支座受到與移動方向相反的摩擦力，摩擦力使腳支座相對支撐腿發生一個微小的扭動，促使兩個腳支座上不同摩擦系數的材質分別與工作面相接觸，如圖4所示。該驅動器的工作原理示意圖如圖5所示:該驅動器第一腳支座和第二腳支座的左半側部分分別為第一高摩擦系數材質和第二高摩擦系數材質，右半側部分分別為第一低摩擦系數材質和第二低摩擦系數材質，當壓電疊堆未通電時，驅動器呈自然狀態，兩腳支座未發生扭動，如圖5a所示；當壓電疊堆通電伸長時，帶動兩個支撐腿相互遠離，工作面產生的摩擦力使兩個腳支座相對于支撐腿分別產生一個微小的扭動，第一腳支座上的第一高摩擦系數材質與工作面接觸，而第二腳支座上的第二低摩擦系數材質與工作面接觸，因此壓電疊堆伸長時第一腳支座的滑移距離明顯小于第二腳支座的滑移距離，如圖5b所示；當壓電疊堆通電縮短時，帶動兩個支撐腿相互靠近，此時工作面產生的摩擦力方向發生改變，兩個腳支座相對于支撐腿分別又產生一個微小的反方向扭動，此時第一腳支座上的第一低摩擦系數材質與工作面接觸，而第二腳支座上的第二高摩擦系數材質與工作面接觸，因此壓電疊堆縮短時第一腳支座的滑移距離明顯大于第二腳支座的滑移距離，如圖5c所示，此時完成一個工作循環；同理，當壓電疊堆通電再次伸長時，第一腳支座的滑移距離明顯小于第二腳支座的滑移距離，如圖5d所示。在壓電疊堆通電伸長和縮短的一個周期內，壓電疊堆伸長時第二腳支座發生較大的滑移，壓電疊堆縮短時第一腳支座發生較大的滑移，因而在一個周期內會產生一個向右的總步長。在交變電壓作用下，該驅動器實現定向的步進驅動能力。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明一種復合變阻尼定向驅動器結構示意圖。
[0008]圖2是本發明一種復合變阻尼定向驅動器安裝關系示意圖。
[0009]圖3是本發明復合腳支座示意圖。
[0010]圖4是本發明復合腳支座受力扭動示意圖。
[0011]圖5是本發明一種復合變阻尼定向驅動器工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本發明一種復合變阻尼定向驅動器由第一支撐腿1、第二支撐腿2、壓電疊堆3、第一腳支座4和第二腳支座5構成，其中:
[0013]所述壓電疊堆3是由若干個圓形壓電陶瓷片31堆疊而成的圓柱體結構；所述第一支撐腿I和第二支撐腿2為矩形薄板結構，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿I和第二支撐腿2對稱粘貼在所述壓電疊堆3的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿I和第二支撐腿2的長度大于所述壓電疊堆3圓底面直徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座4為柱體結構，由兩種具有不同摩擦系數的材質復合而成，即由第一高摩擦系數材質41和第一低摩擦系數材質42對稱粘接而成;所述第二腳支座5的大小、結構、材質與所述第一腳支座4完全相同；所述第一支撐腿I的伸出端與所述第一腳支座4連接;所述第二支撐腿2的伸出端與所述第二腳支座5連接;所述第一腳支座4上的第一低摩擦系數材質42與所述第二腳支座5上的第二高摩擦系數材質51相對布置。
[0014]工作時，將驅動器放置在工作平面上，所述第一腳支座4和第二腳支座5與工作平面接觸。在所述壓電疊堆3上施加低頻交流電壓使其發生往復伸縮變形，在變形的過程中，左右兩個腳支座上不同摩擦系數的材質分別與工作面接觸，從而產生不同的滑移量，因此產生向低摩擦系數材質所在方向的定向驅動能力。
【主權項】
1.一種復合變阻尼定向驅動器，包括:第一支撐腿(I)、第二支撐腿(2)、壓電疊堆(3)，其特征在于還包括兩個相同的復合腳支座，即第一腳支座(4)和第二腳支座(5)，其中:所述壓電疊堆(3)是由若干個圓形壓電陶瓷片(31)堆疊而成的圓柱體結構;所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)為矩形薄板結構，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)對稱粘貼在所述壓電疊堆(3)的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)的長度大于所述壓電疊堆(3)圓底面直徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座(4)為柱體結構，由兩種具有不同摩擦系數的材質復合而成，即由第一高摩擦系數材質(41)和第一低摩擦系數材質(42)對稱粘接而成;所述第二腳支座(5)的大小、結構、材質與所述第一腳支座(4)完全相同；所述第一支撐腿(I)的伸出端與所述第一腳支座(4)連接;所述第二支撐腿(2)的伸出端與所述第二腳支座(5)連接;所述第一腳支座(4)上的第一低摩擦系數材質(42)與所述第二腳支座(5)上的第二高摩擦系數材質(51)相對布置，或所述第一腳支座(4)上的第一高摩擦系數材質(41)與所述第二腳支座(5)上的第二低摩擦系數材質(52)相對布置。
【文檔編號】H02N2/02GK105915104SQ201610411918
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】吳越, 任露泉, 劉慶萍, 王京春, 涂前進, 宋正義
【申請人】吉林大學