自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器及方法
【專利摘要】一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，包括圓周軌道底座，位于其中心孔內(nèi)的精密軸承、自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂，位于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂內(nèi)用于箝位的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和用于驅(qū)動(dòng)的第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，直角臂與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂內(nèi)部的柔性鉸鏈處以及第二壓電堆的輸出端固定，輸出軸一端固定于精密軸承的內(nèi)圈，一端與固定于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂的中心孔；僅使用兩個(gè)壓電堆即可將直線位移轉(zhuǎn)化為角位移，同時(shí)通過(guò)協(xié)調(diào)兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)使其步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到輸出大行程角位移的目的，可以實(shí)現(xiàn)順時(shí)針逆時(shí)針兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，極大的降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，另外，本發(fā)明通過(guò)自身自適應(yīng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可以在存在加工誤差的情況下自適應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部尺寸。
【專利說(shuō)明】自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置，具體涉及一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]壓電作動(dòng)器因其小體積、大作動(dòng)力、精密微位移特性，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如航天航空、汽車工程等，其輸出的位移具有很高的分辨率，在直線微位移控制方面具有優(yōu)異的特性，隨著科技的發(fā)展，對(duì)壓電作動(dòng)器的要求也越來(lái)越高，很多領(lǐng)域不僅需要其具有很高的位移分辨率、大驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)還需要大范圍的位移輸出，但現(xiàn)有的壓電堆輸出行程非常小，且只能輸出直線位移，而對(duì)相應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)有很高的機(jī)械加工精度要求，非常微小的加工誤差就可能導(dǎo)致整個(gè)作動(dòng)器不能使用，因此應(yīng)用范圍被大大減小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器及方法，僅使用兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器即可將直線位移轉(zhuǎn)化為角位移，同時(shí)通過(guò)協(xié)調(diào)兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)使其步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到輸出大行程角位移的目的，通過(guò)自身機(jī)械結(jié)構(gòu)可以在存在加工誤差的情況下自適應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部尺寸，極大的增加了整個(gè)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的可靠性，減小了對(duì)部件加工精度的依賴性，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，包括圓周軌道底座1，位于圓周軌道底座I中心孔內(nèi)的精密軸承2，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3位于精密軸承2之上，且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中心孔與精密軸承2的位置對(duì)中，所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的上端即中心孔所在位置為菱形彈性結(jié)構(gòu)，中部為柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，下端為下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于箝位的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4，中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)側(cè)面固定有中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)的第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5，直角臂6通過(guò)螺栓與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)固定連接，并通過(guò)螺栓與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第二壓電堆5的輸出端固定連接，所述直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端平齊，圓周軌道底座I的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中心孔距下端的長(zhǎng)度。
[0006]當(dāng)圓周軌道底座I的圓周度不理想或自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3與直角臂6長(zhǎng)度加工存在誤差時(shí)，仍然能夠通過(guò)菱形彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整達(dá)到自適應(yīng)的效果；自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3裝入圓周軌道底座I時(shí)即為壓縮狀態(tài)，當(dāng)圓周軌道底座I某處由于加工誤差半徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，菱形彈性結(jié)構(gòu)通過(guò)自身彈性變形伸長(zhǎng)從而補(bǔ)償原本欠缺的長(zhǎng)度達(dá)到鎖死箝位，當(dāng)圓周軌道底座I某處半徑由于加工誤差過(guò)短時(shí)，直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈處固定，菱形彈性結(jié)構(gòu)根據(jù)圓周軌道底座I半徑的長(zhǎng)度壓縮，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3需要松開(kāi)時(shí)，直角臂6與圓周軌道底座I處于箝位狀態(tài)并且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中心孔到圓周軌道底座I的距離不變，因此當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端收縮時(shí)，在已經(jīng)與半徑長(zhǎng)度相匹配的狀態(tài)下第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4通電伸長(zhǎng)下端沿半徑縮短，一定能夠達(dá)到脫離接觸的目的，同樣，當(dāng)直角臂6需要松開(kāi)時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3下端菱形位移放大機(jī)構(gòu)伸長(zhǎng)，上端菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度從而菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮，直角臂6沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂6的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座I脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)。
[0007]所述直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第二壓電堆5的輸出端固定連接的直角邊有兩個(gè)方便旋轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)的柔性鉸鏈。
[0008]上述所述基于雙壓電堆的可自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)的方法，初始狀態(tài)時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4和第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5均不帶電，由于圓周軌道底座I的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中心孔距下端的長(zhǎng)度，所以整個(gè)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的菱形彈性結(jié)構(gòu)呈壓縮狀態(tài)裝入圓周軌道底座I中，下端與軌道接觸且由于摩擦力整個(gè)作動(dòng)器處于鎖死狀態(tài)；第一步，第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4加反向電壓縮短，則自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3沿圓周軌道底座I徑向伸長(zhǎng)，由于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端為菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度，因此在下端伸長(zhǎng)的同時(shí)上端菱形彈性結(jié)構(gòu)沿徑向壓縮變形，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3呈箝位狀態(tài)，直角臂6由于上端與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中部柔性鉸鏈固定，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮時(shí)直角臂6沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂6的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座I脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)；第二步，第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5加正向電壓伸長(zhǎng)，輸出端與直角臂6固定，因此拉動(dòng)直角臂6繞自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈處轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻慕俏灰疲坏谌?，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3下端的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4加正向電壓伸長(zhǎng)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3沿徑向縮短，此時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)由壓縮狀態(tài)逐漸恢復(fù)初始狀態(tài)，已經(jīng)偏轉(zhuǎn)的直角臂6下端接觸到圓周軌道底座1，呈箝位狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端繼續(xù)縮短，脫離圓周軌道底座I，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5斷電縮短，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3受到彈性回復(fù)力也沿逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式一定角位移，然后第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4斷電，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3再次與圓周軌道底座I接觸，呈箝位狀態(tài)；如此循環(huán)上述三步，即可實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式旋轉(zhuǎn)；同樣，順時(shí)針也可以用類似的方法實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，由于第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4、第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5不通電時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3與直角臂6與圓周軌道底座I相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)，因此所述作動(dòng)器具有斷電后位置鎖止的功能。
[0009]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]I)本發(fā)明僅使用兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器即可將直線位移轉(zhuǎn)化為角位移，可以實(shí)現(xiàn)順時(shí)針逆時(shí)針兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，極大的降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，同時(shí)提高了經(jīng)濟(jì)效益。第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5為驅(qū)動(dòng)作用，第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4起到兩個(gè)擺動(dòng)臂的箝位作用，當(dāng)它伸長(zhǎng)時(shí)直角臂6為箝位裝置，當(dāng)它縮短時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3為箝位裝置。
[0011]2)本發(fā)明同時(shí)通過(guò)協(xié)調(diào)兩個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)使其步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到輸出大行程角位移的目的，克服了現(xiàn)有壓電作動(dòng)器輸出位移過(guò)于微小而無(wú)法廣泛應(yīng)用的問(wèn)題。
[0012]3)本發(fā)明通過(guò)自身機(jī)械結(jié)構(gòu)可以在存在加工誤差的情況下自適應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部尺寸，極大的增加了整個(gè)作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的可靠性減小了對(duì)部件加工精度的依賴性，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，并且工作穩(wěn)定可靠，應(yīng)用范圍更加廣泛。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂示意圖。
[0016]圖4位本發(fā)明直角臂示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，包括圓周軌道底座1，位于圓周軌道底座I中心孔內(nèi)的精密軸承2，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3位于精密軸承2之上，且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中心孔與精密軸承2的位置對(duì)中，所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的上端即中心孔所在位置為菱形彈性結(jié)構(gòu)，中部為柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，下端為下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于箝位的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4，中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)側(cè)面固定有中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)的第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5，直角臂6通過(guò)第一螺栓8和第二螺栓9與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)固定連接，并通過(guò)第三螺栓10、第四螺栓11與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第二壓電堆5的輸出端固定連接，所述直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端平齊，圓周軌道底座I的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中心孔距下端的長(zhǎng)度。
[0019]當(dāng)圓周軌道底座I的圓周度不理想或自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3與直角臂6長(zhǎng)度加工存在誤差時(shí)，仍然能夠通過(guò)菱形彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整達(dá)到自適應(yīng)的效果；自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3裝入圓周軌道底座I時(shí)即為壓縮狀態(tài)，當(dāng)圓周軌道底座I某處由于加工誤差半徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，菱形彈性結(jié)構(gòu)通過(guò)自身彈性變形伸長(zhǎng)從而補(bǔ)償原本欠缺的長(zhǎng)度達(dá)到鎖死箝位，當(dāng)圓周軌道底座I某處半徑由于加工誤差過(guò)短時(shí)，直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈處固定，菱形彈性結(jié)構(gòu)根據(jù)圓周軌道底座I半徑的長(zhǎng)度壓縮，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3需要松開(kāi)時(shí)，直角臂6與圓周軌道底座I處于箝位狀態(tài)并且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中心孔到圓周軌道底座I的距離不變，因此當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端收縮時(shí)，在已經(jīng)與半徑長(zhǎng)度相匹配的狀態(tài)下第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4通電伸長(zhǎng)下端沿半徑縮短，一定能夠達(dá)到脫離接觸的目的，同樣，當(dāng)直角臂6需要松開(kāi)時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3下端菱形位移放大機(jī)構(gòu)伸長(zhǎng)，上端菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度從而菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮，直角臂6沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂6的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座I脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)。
[0020]上述所述基于雙壓電堆的可自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)的方法，初始狀態(tài)時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4和第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5均不帶電，由于圓周軌道底座I的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中心孔距下端的長(zhǎng)度，所以整個(gè)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的菱形彈性結(jié)構(gòu)呈壓縮狀態(tài)裝入圓周軌道底座I中，下端與軌道接觸且由于摩擦力整個(gè)作動(dòng)器處于鎖死狀態(tài)；第一步，第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4加反向電壓縮短，則自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3沿圓周軌道底座I徑向伸長(zhǎng)，由于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端為菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度，因此在下端伸長(zhǎng)的同時(shí)上端菱形彈性結(jié)構(gòu)沿徑向壓縮變形，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3呈箝位狀態(tài)，直角臂6由于上端與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的中部柔性鉸鏈固定，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮時(shí)直角臂6沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂6的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座I脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)；第二步，第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5加正向電壓伸長(zhǎng)，輸出端與直角臂6固定，因此拉動(dòng)直角臂6繞自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3中部的柔性鉸鏈處轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻慕俏灰?；第三步，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3下端的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4加正向電壓伸長(zhǎng)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3沿徑向縮短，此時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)由壓縮狀態(tài)逐漸恢復(fù)初始狀態(tài)，已經(jīng)偏轉(zhuǎn)的直角臂6下端接觸到圓周軌道底座1，呈箝位狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3的下端繼續(xù)縮短，脫離圓周軌道底座1，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5斷電縮短，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3受到彈性回復(fù)力也沿逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式一定角位移，然后第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4斷電，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3再次與圓周軌道底座I接觸，呈箝位狀態(tài)；如此循環(huán)上述三步，即可實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式旋轉(zhuǎn)；同樣，順時(shí)針也可以用類似的方法實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，由于第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器4、第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5不通電時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3與直角臂6與圓周軌道底座I相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)，因此所述作動(dòng)器具有斷電后位置鎖止的功能。
[0021]如圖3所示，所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端為可拉伸壓縮剛度較小的菱形彈性結(jié)構(gòu)，中部為柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，下端為菱形位移放大機(jī)構(gòu)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)一方面可以根據(jù)外部圓周軌道底座I的半徑大小伸長(zhǎng)或壓縮從而達(dá)到自適應(yīng)外部條件調(diào)節(jié)內(nèi)部尺寸的功能，另一方面可以實(shí)現(xiàn)由箝位狀態(tài)與松開(kāi)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
[0022]如圖4所示，所述直角臂6通過(guò)第一螺栓8、第二螺栓9與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)部的柔性鉸鏈處固定，并通過(guò)第三螺栓10、第四螺栓11與第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器5的輸出端固定，所述直角臂6與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂3內(nèi)的第二壓電堆5的輸出端固定連接的直角邊有兩個(gè)方便旋轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)的柔性鉸鏈。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，其特征在于:包括圓周軌道底座(1)，位于圓周軌道底座⑴中心孔內(nèi)的精密軸承(2)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)位于精密軸承(2)之上，且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的中心孔與精密軸承(2)的位置對(duì)中，所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的上端即中心孔所在位置為菱形彈性結(jié)構(gòu)，中部為柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，下端為下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，下部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于箝位的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)，中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)側(cè)面固定有中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)，中部菱形位移放大機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)的第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(5)，直角臂(6)通過(guò)螺栓與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)中部的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)固定連接，并通過(guò)螺栓與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)內(nèi)的第二壓電堆(5)的輸出端固定連接，所述直角臂(6)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的下端平齊，圓周軌道底座(I)的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)中心孔距下端的長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，其特征在于:當(dāng)圓周軌道底座(I)的圓周度不理想或自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)與直角臂(6)長(zhǎng)度加工存在誤差時(shí)，仍然能夠通過(guò)菱形彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整達(dá)到自適應(yīng)的效果；自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)裝入圓周軌道底座(I)時(shí)即為壓縮狀態(tài)，當(dāng)圓周軌道底座(I)某處由于加工誤差半徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，菱形彈性結(jié)構(gòu)通過(guò)自身彈性變形伸長(zhǎng)從而補(bǔ)償原本欠缺的長(zhǎng)度達(dá)到鎖死箝位，當(dāng)圓周軌道底座(I)某處半徑由于加工誤差過(guò)短時(shí)，直角臂(6)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)中部的柔性鉸鏈處固定，菱形彈性結(jié)構(gòu)根據(jù)圓周軌道底座(I)半徑的長(zhǎng)度壓縮，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)需要松開(kāi)時(shí)，直角臂(6)與圓周軌道底座(I)處于箝位狀態(tài)并且自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的中心孔到圓周軌道底座(I)的距離不變，因此當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的下端收縮時(shí)，在已經(jīng)與半徑長(zhǎng)度相匹配的狀態(tài)下第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)通電伸長(zhǎng)下端沿半徑縮短，一定能夠達(dá)到脫離接觸的目的，同樣，當(dāng)直角臂(6)需要松開(kāi)時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)下端菱形位移放大機(jī)構(gòu)伸長(zhǎng)，上端菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度從而菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮，直角臂(6)沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂(6)的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座(I)脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器，其特征在于:所述直角臂(6)與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)內(nèi)的第二壓電堆(5)的輸出端固定連接的直角邊有兩個(gè)方便旋轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)的柔性鉸鏈。
4.權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)步進(jìn)式角位移壓電作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)的方法，其特征在于:初始狀態(tài)時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)內(nèi)的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)和第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(5)均不帶電，由于圓周軌道底座(I)的半徑略小于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)中心孔距下端的長(zhǎng)度，所以整個(gè)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的菱形彈性結(jié)構(gòu)呈壓縮狀態(tài)裝入圓周軌道底座(I)中，下端與軌道接觸且由于摩擦力整個(gè)作動(dòng)器處于鎖死狀態(tài)；第一步，第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)加反向電壓縮短，則自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂⑶沿圓周軌道底座⑴徑向伸長(zhǎng)，由于自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)上端為菱形彈性結(jié)構(gòu)剛度小于圓周軌道的剛度，因此在下端伸長(zhǎng)的同時(shí)上端菱形彈性結(jié)構(gòu)沿徑向壓縮變形，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)呈箝位狀態(tài)，直角臂(6)由于上端與自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的中部柔性鉸鏈固定，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)變形壓縮時(shí)直角臂(6)沿壓縮方向移動(dòng)，由于直角臂(6)的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，所以原有固定點(diǎn)沿徑向上移時(shí)，下端與圓周軌道底座(I)脫離，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)；第二步，第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(5)加正向電壓伸長(zhǎng)，輸出端與直角臂(6)固定，因此拉動(dòng)直角臂(6)繞自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)中部的柔性鉸鏈處轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻慕俏灰疲坏谌?，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)下端的第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)加正向電壓伸長(zhǎng)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)沿徑向縮短，此時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)上端的菱形彈性結(jié)構(gòu)由壓縮狀態(tài)逐漸恢復(fù)初始狀態(tài)，已經(jīng)偏轉(zhuǎn)的直角臂(6)下端接觸到圓周軌道底座(I)，呈箝位狀態(tài)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)的下端繼續(xù)縮短，脫離圓周軌道底座(I)，呈非箝位松開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(5)斷電縮短，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)受到彈性回復(fù)力也沿逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式一定角位移，然后第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)斷電，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)再次與圓周軌道底座(I)接觸，呈箝位狀態(tài)；如此循環(huán)上述三步，即可實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針?lè)较虿竭M(jìn)式旋轉(zhuǎn)；同樣，順時(shí)針也可以用類似的方法實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，由于第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(4)、第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(5)不通電時(shí)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)臂(3)與直角臂(6)與圓周軌道底座(I)相接觸，靠摩擦力進(jìn)行箝位，系統(tǒng)處于鎖止?fàn)顟B(tài)，因此所述作動(dòng)器具有斷電后位置鎖止的功能。
【文檔編號(hào)】H02N2/02GK104362889SQ201410649219
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】武彤暉, 徐明龍, 敬子建, 苗維凱 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)