一種串聯式壓電定向驅動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種串聯式壓電定向驅動器，包括：第一支撐腿、第二支撐腿、串聯壓電振子、第一腳支座和第二腳支座，其中：所述串聯壓電振子是由若干個圓形壓電振子和若干個連接環、連接柱組合而成的圓柱體結構；所述第一支撐腿和第二支撐腿對稱粘貼在所述串聯壓電振子的兩端；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；所述串聯壓電振子通電發生伸縮變形，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，具有驅動能力強、環境適應性強等優點。
【專利說明】
一種串聯式壓電定向驅動器
技術領域
[0001]本實用新型屬于壓電驅動領域，具體涉及一種串聯式壓電定向驅動器。
【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，由于壓電陶瓷的變形量小，因此驅動能力較差，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，因此設計一種驅動能力強、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驅動能力差、環境適應性差的問題，提出了一種串聯式壓電定向驅動器，該驅動器由第一支撐腿、第二支撐腿、串聯壓電振子、第一腳支座和第二腳支座構成，所述串聯壓電振子通電發生伸縮變形，帶動腳支座往復運動，由于摩擦力的存在使得兩腳支座上的不同摩擦系數材質交替與工作面接觸，腳支座往復運動時受到的摩擦力不同滑移距離也不同，因此形成向低摩擦系數材質所在方向的驅動能力。本實用新型與現有的壓電驅動器相比，由于壓電振子串聯布置，因此形變量更大，驅動能力更強;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O
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]本實用新型一種串聯式壓電定向驅動器，包括:第一支撐腿、第二支撐腿、串聯壓電振子、第一腳支座和第二腳支座，其中:所述串聯壓電振子由若干個圓形壓電振子和若干個連接環、連接柱組成;所述連接環、圓形壓電振子、連接柱、圓形壓電振子按次序依次交替排列布置;所述連接柱與圓形壓電振子同軸;所述連接環與圓形壓電振子同軸;所述連接環的外徑與圓形壓振子的直徑相等;所述連接柱底面直徑小于圓形壓電振子的半徑;所述串聯壓電振子的兩端通過連接環與第一支撐腿和第二支撐腿連接;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串聯壓電振子兩端的兩個連接環上;所述第一支撐腿和第二支撐腿長度大于串聯壓電振子中的連接環外徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座為柱體結構，由兩種不同摩擦系數的材料復合而成，即由第一高摩擦系數材質和第一低摩擦系數材質對稱粘結而成;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]所述串聯壓電振子由若干個圓形壓電振子和若干個連接環、連接柱組合而成的圓柱體結構，或是由若干個矩形壓電振子和若干個端部矩形連接塊、中心矩形連接塊組合而成的矩形柱體結構，如圖3所示，其中:所述端部矩形連接塊、矩形壓電振子、中心矩形連接塊、矩形壓電振子按次序依次交替排列布置;所述端部矩形連接塊成對布置在矩形壓電振子的兩端;所述中心矩形連接塊布置在矩形壓電振子的中心位置;所述串聯壓電振子的兩端通過端部矩形連接塊與第一支撐腿和第二支撐腿連接。
[0007]所述串聯壓電振子由若干個圓形壓電振子和若干個連接環、連接柱組合而成的圓柱體結構，或是由若干個矩形壓電振子和若干個端部矩形連接塊組合而成的矩形柱體結構，如圖4所示，其中:所述端部矩形連接塊、矩形壓電振子按次序依次交替排列布置;所述端部矩形連接塊依次交替布置在矩形壓電振子的上端和下端。
[0008]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。在所述串聯壓電振子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6所示。該驅動器的工作原理示意圖如圖7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，當串聯壓電振子未通電時，驅動器呈自然狀態，兩腳支座未發生扭動，如圖7中的a所示；當串聯壓電振子通電伸長時，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，因此串聯壓電振子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7中的b所示；當串聯壓電振子通電縮短時，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，因此串聯壓電振子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7中的c所示，此時完成一個工作循環；同理，當串聯壓電振子通電再次伸長時，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7中的d所示。在串聯壓電振子通電伸長和縮短的一個周期內，串聯壓電振子伸長時第二腳支座發生較大的滑移，串聯壓電振子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】
[0009]圖1是本實用新型一種串聯式壓電定向驅動器的結構圖。
[0010]圖2是本實用新型圓柱體結構的串聯壓電振子構成的驅動器結構示意圖。
[0011]圖3是本實用新型對稱式矩形柱體結構的串聯壓電振子構成的驅動器結構示意圖。
[0012]圖4是本實用新型非對稱式矩形柱體結構的串聯壓電振子構成的驅動器結構示意圖。
[0013]圖5是本實用新型復合腳支座示意圖。
[00M]圖6是本實用新型復合腳支座受力扭動示意圖。
[0015]圖7是本實用新型一種串聯式壓電定向驅動器工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1、圖2、圖5、圖6和圖7，本實用新型一種串聯式壓電定向驅動器由第一支撐腿1、第二支撐腿2、串聯壓電振子3、第一腳支座4和第二腳支座5構成，其中:
[0017]所述串聯壓電振子3由若干個圓形壓電振子31和若干個連接環32、連接柱33組成；所述連接環32、圓形壓電振子31、連接柱33、圓形壓電振子31按次序依次交替排列布置;所述連接柱33與圓形壓電振子31同軸;所述連接環32與圓形壓電振子31同軸;所述連接環32的外徑與圓形壓振子31的直徑相等;所述連接柱33底面直徑小于圓形壓電振子31的半徑；所述串聯壓電振子3的兩端通過連接環32與第一支撐腿I和第二支撐腿2連接;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對稱粘貼在所述串聯壓電振子3兩端的兩個連接環32上;所述第一支撐腿I和第二支撐腿2長度大于串聯壓電振子3中的連接環32外徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座4為柱體結構，由兩種不同摩擦系數的材料復合而成，即由第一高摩擦系數材質41和第一低摩擦系數材質42對稱粘結而成;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。
[0018]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。在所述串聯壓電振子3上施加低頻交流電壓使其發生往復伸縮變形，在伸縮變形的過程中，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，由于摩擦力不同兩腳支座產生不同的滑移量，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】
1.一種串聯式壓電定向驅動器，包括第一支撐腿(I)、第二支撐腿(2)，其特征在于還包括串聯壓電振子(3)、第一腳支座(4)和第二腳支座(5)，其中:所述串聯壓電振子(3)由若干個圓形壓電振子(31)和若干個連接環(32)、連接柱(33)組成;所述連接環(32)、圓形壓電振子(31)、連接柱(33)、圓形壓電振子(31)按次序依次交替排列布置;所述連接柱(33)與圓形壓電振子(31)同軸;所述連接環(32)與圓形壓電振子(31)同軸;所述連接環(32)的外徑與圓形壓振子(31)的直徑相等;所述連接柱(33)底面直徑小于圓形壓電振子(31)的半徑;所述串聯壓電振子(3)的兩端通過連接環(32)與第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)連接;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)對稱粘貼在所述串聯壓電振子(3)兩端的兩個連接環(32)上;所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)長度大于串聯壓電振子(3)中的連接環(32)外徑，在一側形成伸出端;所述第一腳支座(4)為柱體結構，由兩種不同摩擦系數的材料復合而成，即由第一高摩擦系數材質(41)和第一低摩擦系數材質(42)對稱粘結而成;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。2.根據權利要求1所述的一種串聯式壓電定向驅動器，其特征在于:所述串聯壓電振子(3)由若干個圓形壓電振子(31)和若干個連接環(32)、連接柱(33)組合而成的圓柱體結構，或是由若干個矩形壓電振子(34)和若干個端部矩形連接塊(35)、中心矩形連接塊(36)組合而成的矩形柱體結構，其中:所述端部矩形連接塊(35)、矩形壓電振子(34)、中心矩形連接塊(36)、矩形壓電振子(34)按次序依次交替排列布置;所述端部矩形連接塊(35)成對布置在矩形壓電振子(34)的兩端;所述中心矩形連接塊(36)布置在矩形壓電振子(34)的中心位置;所述串聯壓電振子(3)的兩端通過端部矩形連接塊(35)與第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)連接。3.根據權利要求1所述的一種串聯式壓電定向驅動器，其特征在于:所述串聯壓電振子(3)由若干個圓形壓電振子(31)和若干個連接環(32)、連接柱(33)組合而成的圓柱體結構，或是由若干個矩形壓電振子(34)和若干個端部矩形連接塊(35)組合而成的矩形柱體結構，其中:所述端部矩形連接塊(35)、矩形壓電振子(34)按次序依次交替排列布置;所述端部矩形連接塊(35)依次交替布置在矩形壓電振子(34)的上端和下端。
【文檔編號】H02N2/04GK205666769SQ201620579837
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】吳越, 涂前進, 任露泉, 劉慶萍, 王京春, 宋正義
【申請人】吉林大學