一種壓電驅動式軟體位移驅動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種壓電驅動式軟體位移驅動器，包括：第一篏位結構、第一壓電振子、伸縮結構、第二壓電振子、第二篏位結構和液體，各篏位結構與伸縮結構由柱形的軟體隔膜構成，其內部充滿液體，壓電振子布置于篏位結構與伸縮結構之間，當第一壓電振子在電壓作用下發生彎曲回復變形時，第一篏位機構上的厚度減少區發生往復變形，篏位結構的摩擦力發生周期性變化，結合伸縮結構的伸縮變形，形成整機向第一篏位結構方向的運動，當第二壓電振子發生彎曲回復變形時，則形成整機向第二篏位結構方向的運動，通過使用壓電材料構成軟體驅動器，解決了目前軟體驅動器所采用功能材料無工業化規模生產的問題。
【專利說明】一種壓電驅動式軟體位移驅動器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于微小型機器人領域，具體涉及一種壓電驅動式軟體位移驅動器裝置。
【背景技術】
[0002]軟體驅動器是一種輸出端為軟體結構的位移或力輸出裝置，是構成柔性機器人或軟體機器人的核心部件，用于多在多變環境特別是在狹窄空間、形狀復雜通道及界面多變環境中提供穩定的定向驅動能力，在軍事偵察、災難救援、科學探測和生化醫療等領域具有廣泛的應用前景，特別是軟體結構所構成的驅動器，具有通過能力強、環境適應能力強等特點。傳統的軟體驅動器一般采用功能材料和氣動驅動兩種驅動方式，氣動驅動的動力原件小型化存在困難，因此一般采用包括形狀記憶合金、電火星聚合物等功能材料作為動力源，這些類型的功能材料目前還都未進入工業化生產階段，限制了軟體驅動器的實際應用。
實用新型內容
[0003]為了解決目前軟體驅動器所采用材料無工業化規模生產問題，提出了一種壓電驅動式軟體位移驅動器裝置，該裝置利用壓電材料作為驅動器的動力源，壓電材料是一種已經大規模供應市場的功能材料，但由于其屬于脆性材料且剛度較大，以往并未應用于軟體驅動器領域，本實用新型利用傳動液體將壓電振子的位移放大同時傳遞給軟體輸出端結構，由軟體輸出端輸出位移與力，形成軟體結構的驅動器在界面上輸出位移運動的能力，可有效發揮壓電材料的產業化優勢，同時克服其剛度大難以形成軟體驅動器的不足。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]本實用新型一種壓電驅動式軟體位移驅動器總體呈柱狀結構，包括:第一篏位結構、第一壓電振子、伸縮結構、第二壓電振子、第二篏位結構和傳動液體，其中:所述第一篏位結構為一柱體結構，由軟體隔膜和傳動液體構成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側面的軟體隔膜上布置有與其內部腔體連通的第一篏位過流孔和第二篏位過流孔，所述傳動液體通過第二篏位過流孔注入，內部氣體從第一篏位過流孔排出，內部充滿傳動液體后用膠水密封第一篏位過流孔和第二篏位過流孔，其特點為在所述第一篏位結構主體側面的軟體隔膜處布置至少一處環形厚度減少區，第二篏位結構與第一篏位結構相同；所述伸縮結構為一中間收縮的圓柱狀結構，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結構，圓柱側面靠近端面處布置至少兩個過流孔，第一伸縮過流孔和第二伸縮過流孔，注入傳動液體完成后采用膠水密封各過流孔；所述第一篏位結構柱體的第一端面與所述伸縮結構的第一端面之間布置第一壓電振子，三者通過膠水粘接；第二篏位結構的第一端面與所述伸縮結構的第二端面間布置第二壓電振子，三者通過膠水粘接。
[0006]所述伸縮結構的收縮部分采用波紋管結構或采用螺紋管結構。所述壓電振子是一個壓電薄片和彈性基板構成的單晶片壓電振子，或是兩個壓電薄片和彈性基板構成的雙晶片壓電振子。
[0007]參照圖1，工作時，有兩種工作狀態，第一種是向第一篏位結構方向運動稱為前進運動，第二種是向第二篏位機構方向運動稱為后退運動。壓電振子在交變電壓的作用下會發生彎曲回復變形，第一壓電振子在電壓的作用下發生中心指向向第一篏位結構的彎曲變形，第一篏位結構被壓縮，內部壓力增加，厚度減小區產生向外突出的變形，該變形導致篏位機構與運動界面間的摩擦力增加，與此同時，伸縮結構內部壓力減小，發生縮短的變形，所述的縮短變形帶動第二篏位機構向第一篏位機構方向運動運動距離為2h，當第一壓電振子變形回復時，篏位機構與運動界面件的摩擦力減小，同時伸縮結構內部壓力增大，發生伸縮變形，所述的伸縮變形向第一篏位結構方向和第二篏位結構方向的變形量相同各為h，在上述的一個運動周期內軟體位移驅動器向第一篏位結構方向即前進方向移動距離h。當第二壓電振子發生向第二篏位結構方向的彎曲與回復變形時，一個周期內軟體位移驅動器向第二篏位結構方向即后退方向移動距離h。當工作界面的條件發生改變時，摩擦力的情況會發生變化，該驅動器在一個運動周期內的實際移動距離會小于h。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型一種壓電驅動式軟體位移驅動器的結構示意圖。
[0009]圖2是本實用新型一種壓電驅動式軟體位移驅動器運動過程初始階段示意圖。
[0010]圖3是本實用新型一種壓電驅動式軟體位移驅動器運動過程收縮篏位階段示意圖。
[0011]圖4是本實用新型一種壓電驅動式軟體位移驅動器運動過程伸展釋放階段示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1，本實用新型的壓電驅動式軟體位移驅動器由第一篏位結構1、第一壓電振子2、伸縮結構3、第二壓電振子4、第二篏位結構5和傳動液體6構成，其中:
[0013]所述第一篏位結構I為一圓柱體結構，由軟體隔膜11和內部的傳動液體6構成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側面的軟體隔膜11上布置有與其內部腔體連通的第一篏位過流孔111和第二篏位過流孔112，所述傳動液體6通過第二篏位過流孔112注入，內部氣體從第一篏位過流孔111排出，內部充滿傳動液體6后第一篏位過流孔111和第二篏位過流孔112采用膠水密封，在主體側面的軟體隔膜11處布置一處厚度減少區113，第二篏位結構與第一篏位結構相同；
[0014]所述伸縮結構3為一中間收縮的圓柱狀結構，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結構31，圓柱側面靠近端面處布置第一伸縮過流孔321，第二伸縮過流孔322，第三伸縮過流孔323和第四伸縮過流孔324，傳動液體6從第四伸縮過流孔324處注入，其余伸縮過流孔排出空氣，注入傳動液體6完成后采用膠水密封各過流孔；
[0015]所述第一篏位結構I柱體的第一端面12與所述伸縮結構3的第一端面32之間布置第一壓電振子2，三者通過膠水粘接；第二篏位結構5的第一端面52與所述伸縮結構3的第二端面33間布置第二壓電振子4，三者通過膠水粘接；
[0016]所述壓電振子2和壓電振子4具有相同結構，壓電振子2可以由一片壓電材料薄片21與彈性基板22粘接形成，也可以采用兩片壓電材料薄片21與彈性基板22粘接形成。
[0017]如圖2、圖3和圖4所示，工作時，對第一壓電振子2施加交變電壓實現壓電驅動式軟體位移驅動器的前進運動，對第二壓電振子4施加交變電壓實現壓電驅動式軟體位移驅動器的后退運動。
【權利要求】
1.一種壓電驅動式軟體位移驅動器，包括:第一篏位結構(I)、第一壓電振子(2)、伸縮結構(3)、第二壓電振子(4)、第二篏位結構(5)和傳動液體(6)，其中:所述第一篏位結構(I)為一柱體結構，由軟體隔膜(11)和傳動液體(6)構成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側面的軟體隔膜(11)上布置有與其內部腔體連通的第一篏位過流孔(111)和第二篏位過流孔(112)，所述傳動液體(6)通過第二篏位過流孔(112)注入，內部氣體從第一篏位過流孔(111)排出，內部充滿傳動液體(6)后用膠水密封第一篏位過流孔(111)和第二篏位過流孔(112)，其特點為在所述第一篏位結構(I)主體側面的軟體隔膜(11)處布置至少一處環形厚度減少區(113)，第二篏位結構(5)與第一篏位結構(I)相同；所述伸縮結構(3)為一中間收縮的圓柱狀結構，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結構(31)，圓柱側面靠近端面處布置至少兩個過流孔，第一伸縮過流孔(321)和第二伸縮過流孔(322)，注入傳動液體(6)完成后采用膠水密封各過流孔；所述第一篏位結構(I)柱體的第一端面(12)與所述伸縮結構(3)的第一端面(32)之間布置第一壓電振子(2)，三者通過膠水粘接；第二篏位結構(5)的第一端面(52)與所述伸縮結構(3)的第二端面(32)間布置第二壓電振子(4)，三者通過膠水粘接。
2.根據權利要求1所述的一種壓電驅動式軟體位移驅動器，其特征在于:所述伸縮結構(3)的收縮部分采用波紋管結構(31)或采用螺紋管結構。
3.根據權利要求1所述的一種壓電驅動式軟體位移驅動器，其特征在于:所述壓電振子(2)和壓電振子(4)是一個壓電薄片(21)和彈性基板(22)構成的單晶片壓電振子，或是兩個壓電薄片(21)和彈性基板(22)構成的雙晶片壓電振子。
【文檔編號】H02N2/04GK203984273SQ201420279096
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】吳越, 楊志剛, 董景石, 沈燕虎, 焦曉陽 申請人:吉林大學