弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台

1.本发明属于压电驱动技术领域，具体涉及一种弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台。


背景技术：

2.与传统电磁电机驱动方式相比，压电驱动技术具有不受电磁干扰、断电可自锁、结构设计灵活、无需减速装置等突出特点，自20世纪80年代出现至今得到了快速发展；其中压电粘滑驱动技术因具有结构简单、易获得大行程等优势近年来受到了国内外学者的广泛关注。现有压电粘滑驱动技术均以商用压电叠堆为致动元件，通过施加电压幅值缓慢增长和快速下降的锯齿波电信号，激励压电叠堆交替产生缓慢伸长和快速缩短变形，通过特定形式的柔性铰链结构使得在驱动足处生成横向和纵向位移，其中纵向位移用于压紧动子，横向位移用于驱动动子。然而，商用压电叠堆一般是由数百片微米级厚度的压电陶瓷片通过胶粘方式制作而成，在长时间受到横向力作用下会发生破坏，而为了使驱动足处即能产生横向位移又能产生纵向位移，在实际中使用的特殊结构形式的柔性铰链机构常导致压电叠堆长时间连续承受较大的作用横向力，极易导致压电叠堆发生破坏，将直接影响压电粘滑驱动装置的使用寿命。


技术实现要素：

3.为了解决上述和当前以商用压电叠堆为致动元件的柔性铰链式压电粘滑驱动装置存在的相关问题，本发明提出弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台。
4.本发明所采用的技术方案如下：一种弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，包括u形框、移动板、后盖板、前盖板和致动机构；u形框的底部设置2个螺纹孔，u形框的右侧底部设置有导线孔，u形框的右侧顶部设置有通孔，螺栓穿过该通孔安装滑块于u形框右侧的内部，u形框的前部及后部均设置有4个内螺纹孔；移动板的横截面为倒置的凸字形，在其宽度较窄部分的右侧安装有导轨，该导轨与安装在u形框右侧内部的滑块配合实现移动板的直线移动；前盖板与后盖板的形状相同，均设置有4个通孔，与u形框的前部及后部的4个内螺纹孔配合通过螺栓实现紧固安装；致动机构的底部设置2个螺纹通孔，通过螺栓与u形框底部的螺纹孔连接实现致动机构的紧固安装，致动机构包括右致动机构和左致动机构，右致动机构设置有左倾斜拨杆，左倾斜拨杆与致动机构底部通过柔性铰链相连，左倾斜拨杆顶部右侧连接水平布置的横梁，左倾斜拨杆与横梁相接处设置圆弧形驱动足，左致动机构设置有右倾斜拨杆，右倾斜拨杆与致动机构底部通过柔性铰链相连，右倾斜拨杆顶部左侧连接水平布置的横梁，右倾斜拨杆与横梁相接处设置圆弧形驱动足，左倾斜拨杆及右倾斜拨杆的横梁下方通过螺栓连接顶块，顶块底部与致动机构底部之间设置压电陶瓷，压电陶瓷设置有通孔，其与致动机构的底座之间通过螺栓紧固连接；右致动机构和左致动机构的驱动足均与移动板的底部接触；压电陶瓷采用左右两分区极化方式，左右两个分区极化方式相反，施加同一激励电信号时，一侧变薄另一侧变厚，整片压电陶瓷产生左右方向的弯曲
变形，带动左倾斜拨杆绕柔性铰链转动，通过驱动足实现移动板向右驱动，或带动右倾斜拨杆绕柔性铰链转动，通过驱动足实现移动板向左驱动。
5.所述右致动机构和左致动机构中均包含有偶数片压电陶瓷。
6.所述左倾斜拨杆与致动机构底部之间所夹锐角范围为30～60度。
7.所述右倾斜拨杆与致动机构底部之间所夹锐角范围为30～60度。
8.本发明的有益效果：本发明提出的弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台基于传统粘滑驱动原理工作，但致动单元并非传统商业压电叠堆，而是采用分区压电陶瓷激励产生的弯曲变形致动，所使用的分区压电陶瓷通过螺栓夹紧方式连接，工作时能够承受较大的横向力，与现有采用压电叠堆致动的柔性铰链式压电粘滑驱动装置相比具有使用寿命长的突出优势。此外，所用分区压电陶瓷片的市场价格在几十元/片，如长度
×
宽度
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厚度是20mm
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20mm
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1mm的两分区压电陶瓷价格为40元/片，使用6片压电陶瓷即可产生几十μm弯曲位移，而截面尺寸为20mm
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20mm的商用压电叠堆的价格则在数千元，压电叠堆产生的纵向位移大小与其长度成正比，若压电叠堆的长度增加则其价格会更加昂贵，因此本发明还具有成本低、经济性好的优势。
附图说明
9.图1是弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台的结构图；
10.图2是弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台封装后的结构图；
11.图3是致动机构的结构图；
12.图4是矩形两分区压电陶瓷的结构图，其中“+”和
“‑”
代表压电陶瓷分区极化方向。
具体实施方式
13.结合说明书附图1、图2、图3和图4对本实施方式作进一步详细的说明。
14.本实施方式提供了弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台的具体实施方案，具体包括u形框1、移动板2、后盖板3、前盖板4和致动机构5。u形框1的底部设置2个螺纹孔，u形框1的右侧底部设置有导线孔101，用于本发明中压电陶瓷施加电信号激励，u形框1的右侧顶部设置有通孔，螺栓6穿过该通孔安装滑块于u形框1右侧的内部，u形框1的前部及后部均设置有4个内螺纹孔102。移动板2的横截面为倒置的凸字形，在其宽度较窄部分的右侧安装有导轨，该导轨与安装在u形框1右侧内部的滑块配合实现移动板2的直线移动。前盖板3与后盖板4的形状相同，均设置有4个通孔，这4个通孔与u形框1的前部及后部的4个内螺纹孔102配合并通过螺栓6实现前盖板3和后盖板4与u形框1之间的紧固安装。致动机构5的底部设置2个螺纹通孔501，通过螺栓6与u形框1底部的螺纹孔连接实现致动机构5的紧固安装，致动机构5包括右致动机构和左致动机构，右致动机构设置有左倾斜拨杆502，左倾斜拨杆502与致动机构5底部之间所夹锐角范围为30～60度，本具体实施方式中为45度，左倾斜拨杆502与致动机构5底部通过柔性铰链508相连，左倾斜拨杆502顶部右侧连接水平布置的横梁503，左倾斜拨杆502与横梁503相接处设置圆弧形驱动足505；左致动机构设置有右倾斜拨杆504，右倾斜拨杆504与致动机构5底部之间所夹锐角范围为30～60度，本具体实施方式中为45度，右倾斜拨杆504与致动机构5底部通过柔性铰链508相连，右倾斜拨杆504顶部左侧连接水平布置的横梁503，右倾斜拨杆504与横梁503相接处设置圆弧形驱动足505；左倾斜
拨杆502及右倾斜拨杆504的横梁503下方通过螺栓6连接顶块506，顶块506底部与致动机构5底部之间设置有偶数片压电陶瓷507，本实施方式中的压电陶瓷507为矩形，其中部设置有通孔，压电陶瓷507与致动机构5的底座之间通过螺栓6紧固连接。右致动机构和左致动机构的驱动足505均与移动板2的底部接触。压电陶瓷507采用左右两分区极化方式，左右两个分区极化方式相反，这样施加同一激励电信号时，压电陶瓷507的一侧变薄、另一侧变厚，整片压电陶瓷507产生左右方向的弯曲变形；产生的弯曲变形带动左倾斜拨杆502绕柔性铰链508转动，通过驱动足505实现移动板2向右驱动，或带动右倾斜拨杆504绕柔性铰链508转动，通过驱动足实现移动板2向左驱动。
15.综上，本发明提出的弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台通过设置两个致动机构可实现移动板向左和向右双向驱动。

技术特征：
1.一种弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，其特征在于：包括u形框(1)、移动板(2)、后盖板(3)、前盖板(4)和致动机构(5)；所述的u形框(1)的底部设置有螺纹孔，u形框(1)的右侧底部设置有导线孔(101)，u形框(1)的右侧顶部设置有通孔，螺栓(6)穿过该通孔安装滑块于u形框(1)右侧的内部，u形框(1)的前部及后部均设置有4个内螺纹孔(102)；移动板(2)的横截面为倒置的凸字形，在其右侧安装有导轨，该导轨与安装在u形框(1)右侧内部的滑块配合实现移动板(2)的直线移动；前盖板(3)与后盖板(3)的形状相同，均设置有4个通孔，与u形框(1)的前部及后部的4个内螺纹孔(102)配合通过螺栓(6)实现紧固安装；致动机构(5)的底部设置2个螺纹通孔(501)，通过螺栓(6)与u形框(1)底部的螺纹孔连接实现致动机构(5)的紧固安装，致动机构(5)包括右致动机构和左致动机构，右致动机构设置有左倾斜拨杆(502)，左倾斜拨杆(502)与致动机构(5)底部通过柔性铰链(508)相连，左倾斜拨杆(502)顶部右侧连接水平布置的横梁(503)，左倾斜拨杆(502)与横梁(503)相接处设置圆弧形驱动足(505)，左致动机构设置有右倾斜拨杆(505)，右倾斜拨杆(504)与致动机构(5)底部通过柔性铰链(508)相连，右倾斜拨杆(504)顶部左侧连接水平布置的横梁(503)，右倾斜拨杆(504)与横梁(503)相接处设置圆弧形驱动足(505)，左倾斜拨杆(502)及右倾斜拨杆(504)的横梁(503)下方通过螺栓(6)连接顶块(506)，顶块(506)底部与致动机构(5)底部之间设置压电陶瓷(507)，压电陶瓷(507)设置有通孔，其与致动机构(5)的底座之间通过螺栓(6)紧固连接；右致动机构和左致动机构的驱动足(505)均与移动板2的底部接触；压电陶瓷(507)采用左右两分区极化方式，左右两个分区极化方式相反，施加同一激励电信号时，一侧变薄另一侧变厚，整片压电陶瓷(507)产生左右方向的弯曲变形，带动左倾斜拨杆(502)绕柔性铰链(508)转动，通过驱动足(505)实现移动板(2)向右驱动，或带动右倾斜拨杆(504)绕柔性铰链(508)转动，通过驱动足实现移动板(2)向左驱动。2.根据权利要求1所述的弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，其特征在于：所述右致动机构和左致动机构中均包含有偶数片压电陶瓷(507)。3.根据权利要求1所述的弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，其特征在于：左倾斜拨杆(502)与致动机构(5)底部之间所夹锐角范围为30～60度。4.根据权利要求1所述的弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，其特征在于：所述右倾斜拨杆(504)与致动机构(5)底部之间所夹锐角范围为30～60度。

技术总结
本发明公开了一种弯曲致动柔性铰链式压电粘滑运动平台，属于压电驱动领域。包括U形框、移动板、后盖板、前盖板和致动机构，U形框上设置螺纹孔、导线孔和通孔，前盖板和后盖板通过螺栓与U形框连接，移动板侧面装有导轨，与装在U形框的滑块配合实现移动板直线移动，致动机构通过螺栓与U形框连接，致动机构包括右致动机构和左致动机构，均包含偶数片两分区极化的压电陶瓷，施加电信号激励产生弯曲变形，带动右致动机构实现移动板向右驱动，或带动左致动机构实现移动板向左驱动。本发明采用两分区弯曲压电陶瓷作为致动元件，通过螺栓夹紧安装，能够承受较大的横向作用力，具有使用寿命长的突出优势，且具有成本低、经济性好的特点。经济性好的特点。经济性好的特点。


技术研发人员：王良 苏东浩 王鹤然 张亚勋
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/7/18