[发明专利]一种压电驱动式软体位移驱动器

说明书

技术领域

本发明属于微小型机器人领域，具体涉及一种压电驱动式软体位移驱动器装置。

背景技术

软体驱动器是一种输出端为软体结构的位移或力输出装置，是构成柔性机器人或软体机器人的核心部件，用于多在多变环境特别是在狭窄空间、形状复杂通道及界面多变环境中提供稳定的定向驱动能力，在军事侦察、灾难救援、科学探测和生化医疗等领域具有广泛的应用前景，特别是软体结构所构成的驱动器，具有通过能力强、环境适应能力强等特点。传统的软体驱动器一般采用功能材料和气动驱动两种驱动方式，气动驱动的动力原件小型化存在困难，因此一般采用包括形状记忆合金、电火星聚合物等功能材料作为动力源，这些类型的功能材料目前还都未进入工业化生产阶段，限制了软体驱动器的实际应用。

发明内容

为了解决目前软体驱动器所采用材料无工业化规模生产问题，提出了一种压电驱动式软体位移驱动器装置，该装置利用压电材料作为驱动器的动力源，压电材料是一种已经大规模供应市场的功能材料，但由于其属于脆性材料且刚度较大，以往并未应用于软体驱动器领域，本发明利用液体将压电振子的位移放大同时传递给软体输出端结构，由软体输出端输出位移与力，形成软体结构的驱动器在界面上输出位移运动的能力，可有效发挥压电材料的产业化优势，同时克服其刚度大难以形成软体驱动器的不足。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种压电驱动式软体位移驱动器总体呈柱状结构，包括：至少两个压电振子，三个软体位移输出端、流体，其中：

所述软体位移输出端包括三个部分和两种类型，第一种是发生沿着长条状主体结构轴向伸长或缩短变形的软体结构称为伸缩结构，第二种是沿着垂直轴线方向发生局部径向变形的软体结构称为篏位结构，整个驱动器两端布置篏位结构，两篏位机构之间布置伸缩结构；

所述篏位结构为一柱体结构，由软体隔膜和内部的液体构成，可以是圆柱或棱柱，软体隔膜可以采用橡胶材料制成，也可以采用其它弹性较好的有机材料制成，柱体侧面的软体隔膜处至少布置一处局部厚度减少区，该局部厚度减少区在内部流体的压力下会先于其余位置发生变形，篏位结构柱体上布置有两个与其内部腔体连通的过流孔，所述过流孔包括用于向篏位体内部注入流体的第一过流孔和用于排出内部气泡的第二过流孔；

所述伸缩结构为一中间收缩的柱状结构，由橡胶材料制成，中间收缩部分截面减小，可以增加伸缩结构内部发生单位体积变化量时的伸长量，以实现位移放大效果，其收缩部分采用特殊的形状结构来保证在内部压力发生变化时结构主要沿着柱状结构轴线的长度方向发生变形，所述特殊形状结构可以是波纹管结构也可以是螺纹管结构，伸缩结构上布置至少两个与内部腔体连通的过流孔，实现内部流体的注入和气体的排出；

第一篏位结构柱体的第一端面与所述伸缩结构的第一端面间布置第一压电振子，三者层合，层合后第一篏位结构与伸缩结构连接，第二篏位结构柱体的第一端面与所述伸缩结构的第二端面间布置第二压电振子，三者层合，层合后第二篏位结构与伸缩结构连接。

工作时，有两种工作状态，第一种是向第一篏位结构方向运动称为前进运动，第二种是向第二篏位机构方向运动称为后退运动。参考图1(a)和图1(b)，压电振子在交变电压的作用下会发生弯曲回复变形，第一压电振子在电压的作用下发生中心指向向第一篏位结构的弯曲变形，第一篏位结构被压缩，内部压力增加，厚度减小区产生向外突出的变形，该变形导致篏位机构与运动界面间的摩擦力增加，与此同时，伸缩结构内部压力减小，发生缩短的变形，所述的缩短变形带动第二篏位机构向第一篏位机构方向运动运动距离为2h。参考图1(c)，当第一压电振子变形回复时，篏位机构与运动界面件的摩擦力减小，同时伸缩结构内部压力增大，发生伸缩变形，所述的伸缩变形向第一篏位结构方向和第二篏位结构方向的变形量相同各为h，在上述的一个运动周期内软体位移驱动器向第一篏位结构方向即前进方向移动距离h。当第二压电振子发生向第二篏位结构方向的弯曲与回复变形时，一个周期内软体位移驱动器向第二篏位结构方向即后退方向移动距离h。当工作界面的条件发生改变时，摩擦力的情况会发生变化，该驱动器在一个运动周期内的实际移动距离会小于h。

附图说明

图1(a)是本发明一种压电驱动式软体位移驱动器运动初始状态示意简图。

图1(b)是本发明一种压电驱动式软体位移驱动器第一压电振子变形过程示意简图。

图1(c)是本发明一种压电驱动式软体位移驱动器第一压电振子回复运动过程示意简图。