專利名稱：接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓電精密旋轉驅動器，該驅動器采用壓電疊堆為驅動源。
背景技術：
近年來，隨著科學技術的發展，在光學、電子、航空、航天、機械制造、機器人、地震學、生物、醫學及遺傳工程等技術領域的研究都迫切需要亞微米級、納米級的微位移技術，從而實現微/納米級的微操作。作為微操作系統的核心部件，精密驅動器的發展就成為微操作系統發展水平的重要標志。目前的壓電慣性驅動機構主要是利用壓電元件的逆壓電效應，采用非對稱波形激勵，形成雙向非對稱的慣性沖擊力，與固定的摩擦力配合及適當機械結構的有機結合，通過電路系統的有序控制形成驅動作用，進而形成連續的定向運動。其中利用壓電元件的快速變形產生慣性沖擊力的驅動機構，是通過電路系統的設計，輸出非對稱電信號，使壓電元件可以產生快速伸長、緩慢縮回，或緩慢伸長、快速縮回的運動形式，在交替電信號的作用下，驅動機構產生宏觀上的單向運動。
發明內容
本發明提出一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器，以解決產生非對稱波電信號的控制電路比較復雜的問題，并用機械方式改變摩擦力。本發明采用的技術方案是軸3與驅動器底座8固定連接，軸套7與底座8轉動連接，軸套7繞軸3幾何中心轉動，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘接在調整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質量塊一1、慣性質量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質量塊一1構成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質量塊二4構成壓電疊堆振子二，調整三角塊6與軸套(7)上的驅動平臺固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
本發明一種實施方案，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結構是壓電疊堆三9與慣性質量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結構是壓電疊堆四11與慣性質量塊四12粘接。
本發明一種實施方案，驅動元件壓電疊堆的控制信號為周期性對稱波。
本發明是在對稱波的激勵下，通過控制接觸面和驅動器之間的正壓力，利用壓電慣性驅動器在機構運動方向上摩擦力矩比較小，非運動方向摩擦力矩相對大，使壓電驅動器向摩擦阻力矩小的方向轉動。顯然這是一種利用正壓力的變化而產生摩擦力偶的差值進行工作的壓電慣性旋轉驅動器，是將壓電逆壓電效應和摩擦力矩控制有機結合形成的驅動裝置，同時為進一步在微小型機械、機器人的行走機構等系統的應用研究建立基礎。
本發明提出利用對稱波形電信號驅動壓電疊堆快速伸長和縮短變形，產生雙向相同的慣性沖擊力，并結合控制驅動機構和支撐面之間的摩擦力的變化，形成壓電慣性驅動器，這種慣性驅動器與目前研究的慣性沖擊驅動器的主要區別是通過利用容易控制對稱波電信號產生的對稱的慣性沖擊力與變化的非對稱摩擦力的有機結合，使驅動器形成旋轉運動。因此形成運動的作用方式有本質不同。
本發明旋轉驅動器是采用單路對稱波信號驅動，驅動電路簡單，無電磁干擾，能實現大行程驅動，機械結構簡單，運動速度快，并且壓電元件非線性對驅動器的運動影響很小。
圖1是本發明結構示意圖；圖2是本發明旋轉驅動機構的受力分析圖；圖3是本發明的俯視圖；圖4是本發明雙向旋轉驅動機構示意圖。
具體實施例方式
實施例1
軸3與驅動器底座8固定連接，軸套7與底座8轉動連接，軸套7繞軸3幾何中心轉動，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘接在調整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質量塊一1、慣性質量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質量塊一1構成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質量塊二4構成壓電疊堆振子二，調整三角塊6與軸套7上的驅動平臺固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
其中驅動元件采用AE0505D16型的壓電疊堆，控制信號為周期性對稱波。
本發明工作時，慣性沖擊力的大小與慣性塊的質量及加速度有關，壓電疊堆產生快速變形，由于壓電疊堆的安裝位置和地面呈一定角度(由三角塊6調整)，壓電疊堆振子一、二在水平面的投影方向相反，于是慣性沖擊力的水平分力形成轉矩，垂直分力將改變驅動機構和支撐面之間的正壓力。
本發明在對稱電信號的激勵下，壓電疊堆快速伸長時，慣性塊產生的慣性驅動力垂直于三角調整塊斜面向下，如圖2所示，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5產生的慣性沖擊力F，可以分解為水平驅動力F1＝Fsinα和垂直壓力F2＝Fcosα兩部分，慣性驅動沖擊力的水平投影方向相反，形成順時針驅動力偶矩，垂直壓力使正壓力進一步增加，因此，摩擦阻力矩加大，若驅動力偶矩小于或等于摩擦力偶矩，驅動器不動，若驅動力偶矩大于摩擦力偶矩，驅動器順時針走一小步；壓電疊堆快速縮短時，慣性塊產生的慣性驅動力垂直于三角調整塊斜面向上的水平分力形成逆時針力偶矩，垂直分力使正壓力減少，使驅動器逆時針走一大步，宏觀產生逆時針轉動，如圖3所示。
本發明的旋轉驅動器的是由于壓電疊堆粘接在三角塊調整塊6的斜面上，當慣性塊質量一定時，在對稱電信號的作用下，慣性沖擊力在垂直方向產生的分力使正壓力的變化，故摩擦力由大到小，由小到大周期性變化，慣性沖擊力在水平方向的分力，產生旋轉驅動力偶矩。利用摩擦力偶矩的差值與旋轉力偶矩兩者有序結合，將使驅動器形成單方向的旋轉運動。
實施例2如圖4所示。軸3與驅動器底座8固定連接，軸套7與底座8轉動連接，軸套7繞軸3幾何中心轉動，壓電疊堆一2、壓電疊堆二5一端分別粘結在調整三角塊6斜表面上、另一端分別與慣性質量塊一1、慣性質量塊二4粘接，壓電疊堆一2與慣性質量塊一1構成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二5與慣性質量塊二4構成壓電疊堆振子二，調整三角塊6與軸套7上的驅動平臺固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°；在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結構是壓電疊堆三9與慣性質量塊三10粘接，該壓電疊堆振子四結構是壓電疊堆四11與慣性質量塊四12粘接。
本發明的旋轉驅動器在原有的壓電疊堆振子處，相隔90°的位置對稱反向安裝兩個壓電疊堆振子，采用兩路信號驅動，驅動器將形成雙向旋轉運動。
權利要求
1.一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器，其特征在于，軸(3)與驅動器底座(8)固定連接，軸套(7)與底座(8)轉動連接，軸套(7)繞軸(3)幾何中心轉動，壓電疊堆一(2)、壓電疊堆二(5)一端分別粘結在調整三角塊(6)斜表面上、另一端分別與慣性質量塊一(1)、慣性質量塊二(4)粘接，壓電疊堆一(2)與慣性質量塊一(1)構成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二(5)與慣性質量塊二(4)構成壓電疊堆振子二，調整三角塊(6)與軸套(7)上的驅動平臺固定連接，壓電疊堆振子一、壓電疊堆振子二相隔180°對稱配置，反向安裝，且與水平面的夾角α相同，該夾角α為30°～60°。
2.根據權利要求1所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器，其特征在于，在與壓電疊堆振子一和壓電疊堆振子二相隔90°的位置，再分別對稱反向安裝壓電疊堆振子三和壓電疊堆振子四，該壓電疊堆振子三結構是壓電疊堆三(9)與慣性質量塊三(10)粘接，該壓電疊堆振子四結構是壓電疊堆四(11)與慣性質量塊四(12)粘接。
3.根據權利要求1或2所述的接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器，其特征在于，壓電疊堆的控制信號為周期性對稱波。
全文摘要
本發明涉及一種接觸面正壓力變化式壓電旋轉驅動器，屬于壓電精密旋轉驅動器。軸與驅動器底座固定連接，軸套與底座轉動連接，軸套繞軸幾何中心轉動，壓電疊堆一、壓電疊堆二一端分別粘結在調整三角塊斜表面上、另一端分別與慣性質量塊一、慣性質量塊二粘接，壓電疊堆一與慣性質量塊一構成壓電疊堆振子一，壓電疊堆二與慣性質量塊二構成壓電疊堆振子二，調整三角塊與軸套上的驅動平臺固定連接。本發明采用單路對稱波信號驅動，驅動電路簡單，無電磁干擾，能實現大行程驅動，機械結構簡單，運動速度快，并且壓電元件非線性對驅動器的運動影響很小。
文檔編號H02N2/12GK101018025SQ200710055359
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者曾平, 趙宏偉, 程光明, 華順明, 張宏壯, 楊志剛, 王寶鵬 申請人:吉林大學