采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器及作動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于步進(jìn)式壓電作動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器及作動(dòng)方法
【背景技術(shù)】
[0002]壓電作動(dòng)器在航天、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓電步進(jìn)式作動(dòng)器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通過對(duì)壓電疊堆微小步距位移的積累，可實(shí)現(xiàn)小步距、理論行程無限大、高分辨率的精密雙向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。但現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)往往無法提供較大的鎖止力，往往會(huì)出現(xiàn)滑脫的現(xiàn)象導(dǎo)致精度降低，同時(shí)現(xiàn)有的作動(dòng)器通常需要三個(gè)甚至更多壓電堆來工作，從而帶來了作動(dòng)器體積大，質(zhì)量大，成本高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器及作動(dòng)方法，該作動(dòng)器精度高，可輸出大位移，可實(shí)現(xiàn)鉗位鎖止功能并通過對(duì)其結(jié)構(gòu)的改造使其具有較大的等效最大靜摩擦力，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕的特點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器，包括由兩個(gè)截面為直角梯形的梯形塊且斜邊相對(duì)布置組成的左鉗位機(jī)構(gòu)1，由兩個(gè)截面為直角梯形的梯形塊且斜邊相對(duì)布置組成的右鉗位機(jī)構(gòu)2，布置在左鉗位機(jī)構(gòu)I梯形塊間下部的左楔形塊11，布置在左楔形塊11上部的左移動(dòng)部件9，布置在右鉗位機(jī)構(gòu)2梯形塊間下部的右楔形塊12，布置在右楔形塊12上部的右移動(dòng)部件10，固定在左楔形塊11和右楔形塊12間的下作動(dòng)環(huán)7，下作動(dòng)環(huán)7左側(cè)與左楔形塊11的短端固連，右側(cè)與右楔形塊12的長端固連，固定在左移動(dòng)部件9和右移動(dòng)部件10間的上作動(dòng)環(huán)8，上壓電堆6和下壓電堆5分別通過過盈配合安裝在上作動(dòng)環(huán)8和下作動(dòng)環(huán)7中，安裝有預(yù)壓彈簧并固定的左剛性固定板3和右剛性固定板4分別設(shè)置在左鉗位機(jī)構(gòu)I和右鉗位機(jī)構(gòu)2的兩側(cè)，且預(yù)壓彈簧頂住左鉗位機(jī)構(gòu)I和右鉗位機(jī)構(gòu)2 ；所述左鉗位機(jī)構(gòu)I的梯形塊斜邊表面布有細(xì)齒，左移動(dòng)部件9與左鉗位機(jī)構(gòu)I接觸的表面也布有細(xì)齒，同樣，右鉗位機(jī)構(gòu)2的梯形塊斜邊表面布有細(xì)齒，右移動(dòng)部件10與右鉗位機(jī)構(gòu)2接觸的表面也布有細(xì)齒，通過細(xì)齒互相咬合來達(dá)到提高等效最大靜摩擦力的目的。
[0006]上述所述采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器的作動(dòng)方法，
[0007]第一步:給下作動(dòng)環(huán)7中的下壓電堆5在預(yù)置電壓的基礎(chǔ)上再加上驅(qū)動(dòng)電壓，下壓電堆5伸長，推動(dòng)左楔形塊11和右楔形塊12分別向左右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)左楔形塊11向左運(yùn)動(dòng)后，左楔形塊11與左鉗位機(jī)構(gòu)I之間出現(xiàn)空隙，在預(yù)壓彈簧的作用下左鉗位機(jī)構(gòu)I通過左剛性固定板3的導(dǎo)向?qū)⒆笠苿?dòng)部件9鎖住，此時(shí)左側(cè)為鎖止?fàn)顟B(tài)；而右楔形塊12將右鉗位機(jī)構(gòu)2撐開，右移動(dòng)部件10不再與右鉗位機(jī)構(gòu)2接觸，此時(shí)右側(cè)為解鎖狀態(tài)；給上作動(dòng)環(huán)8中的上壓電堆6施加一定的驅(qū)動(dòng)電壓，上壓電堆6伸長，左側(cè)與上作動(dòng)環(huán)8固連的左移動(dòng)部件9處于鎖止?fàn)顟B(tài)因此無法移動(dòng)，同時(shí)使處于解鎖狀態(tài)的右移動(dòng)部件10向前前進(jìn)一個(gè)齒的長度；
[0008]第二步:下作動(dòng)環(huán)7中的下壓電堆5卸掉附加的驅(qū)動(dòng)電壓，將其恢復(fù)到預(yù)置電壓值，下壓電堆5收縮，右楔形塊12向左運(yùn)動(dòng)，右楔形塊12與右鉗位機(jī)構(gòu)2之間出現(xiàn)空隙，在預(yù)壓彈簧的作用下右鉗位機(jī)構(gòu)2將會(huì)把右移動(dòng)部件10鉗死，此時(shí)右移動(dòng)部件10處于鎖止?fàn)顟B(tài)；左楔形塊11向右運(yùn)動(dòng)，將左鉗位機(jī)構(gòu)I撐開，此時(shí)左移動(dòng)部件9與左鉗位機(jī)構(gòu)I不再接觸，處于解鎖狀態(tài)；卸掉上作動(dòng)環(huán)8中的上壓電堆6的驅(qū)動(dòng)電壓，上壓電堆6收縮，由于右移動(dòng)部件10處于鎖止?fàn)顟B(tài)無法移動(dòng)，此時(shí)左移動(dòng)部件9在上作動(dòng)環(huán)8的帶動(dòng)下向右移動(dòng)一個(gè)齒的位移，這樣在一個(gè)工作周期內(nèi)整個(gè)作動(dòng)器就完成了一個(gè)齒的位移；
[0009]通過重復(fù)上述步驟，作動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)大行程作動(dòng)；如果需要完成反向的位移，則只需要在原來預(yù)置電壓的基礎(chǔ)上加上反向的驅(qū)動(dòng)電壓即可，其工作過程相同。
[0010]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)由于壓電堆較為昂貴，本發(fā)明只采用了兩只壓電堆即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)箝位及鎖止功能，從而完成步進(jìn)工作，在是實(shí)現(xiàn)大位移輸出的同時(shí)減少了作動(dòng)步驟。
[0012](2)在鉗位機(jī)構(gòu)和移動(dòng)部件的接觸面上設(shè)計(jì)有細(xì)齒，通過對(duì)作動(dòng)器的相位控制使其在鎖止時(shí)能完全咬合住，因此極大程度的提高接觸面間的靜摩擦力，避免鎖止失效的問題。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為第一步工作時(shí)作動(dòng)器下部結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖3為第一步工作時(shí)作動(dòng)器上部結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖4為第二步工作時(shí)作動(dòng)器下部結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖5為第二步工作時(shí)作動(dòng)器上部結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明采用楔形鎖止機(jī)構(gòu)的雙壓電堆驅(qū)動(dòng)步進(jìn)作動(dòng)器，包括由兩個(gè)截面為直角梯形的梯形塊且斜邊相對(duì)布置組成的左鉗位機(jī)構(gòu)1，由兩個(gè)截面為直角梯形的梯形塊且斜邊相對(duì)布置組成的右鉗位機(jī)構(gòu)2，布置在左鉗位機(jī)構(gòu)I梯形塊間下部的左楔形塊11，布置在左楔形塊11上部的左移動(dòng)部件9，布置在右鉗位機(jī)構(gòu)2梯形塊間下部的右楔形塊12，布置在右楔形塊12上部的右移動(dòng)部件10，固定在左楔形塊11和右楔形塊12間的下作動(dòng)環(huán)7，下作動(dòng)環(huán)7左側(cè)與左楔形塊11的短端固連，右側(cè)與右楔形塊12的長端固連，固定在左移動(dòng)部件9和右移動(dòng)部件10間的上作動(dòng)環(huán)8，上壓電堆6和下壓電堆5分別通過過盈配合安裝在上作動(dòng)環(huán)8和下作動(dòng)環(huán)7中，安裝有預(yù)壓彈簧并固定在底板13上的左剛性固定板3和右剛性固定板4分別設(shè)置在左鉗位機(jī)構(gòu)I和右鉗位機(jī)構(gòu)2的兩側(cè)，且預(yù)壓彈簧頂住左鑰'位機(jī)構(gòu)I和右鑰'位機(jī)構(gòu)2 ;所述左鑰'位機(jī)構(gòu)I的梯形塊斜邊表面布有細(xì)齒，左移動(dòng)部件9與左鉗位機(jī)構(gòu)I接觸的表面也布有細(xì)齒，同樣，右鉗位機(jī)構(gòu)2的梯形塊斜邊表面布有細(xì)齒，右移動(dòng)部件10與右鉗位機(jī)構(gòu)2接觸的表面也布有細(xì)齒，通過細(xì)齒互相咬合來達(dá)到提高等效最大靜摩擦力的目的。
[0020]在準(zhǔn)備工作中，下壓電堆5上要有一定的預(yù)置