[发明专利]具有位移测量功能和大推拉力的步进式压电作动器及方法

权利要求书

1.具有位移测量功能和大推拉力的步进式压电作动器，其特征在于：包括左钳位机构(2)、右钳位机构(9)、连接在左钳位机构(2)和右钳位机构(9)上端间的上支撑框架(1)、连接在左钳位机构(2)和右钳位机构(9)下端间的下支撑框架(4)；所述左钳位机构(2)的外圈为“回”形框架，“回”形框架中间部分有一个左菱形结构(10)，并通过四个对称的左薄臂型柔性铰链(11)与“回”形框架连接，“回”形框架内侧壁的水平中间高度部分加工有两个用于导向的左对称凸形滑块(12)，两个左对称凸形滑块(12)距离左菱形结构(10)的短轴侧两端留有指定宽度的间隙，左钳位压电堆(3)安装在左菱形结构(10)的空腔内，左钳位压电堆(3)采用过盈配合方式与左钳位机构(2)中的左菱形结构(10)连接，以给左钳位压电堆(3)提供预紧力；所述右钳位机构(9)的外圈为“回”形框架，“回”形框架中间部分有一个右菱形结构(14)，并分别通过四个对称的右薄臂型柔性铰链(15)与“回”形框架连接，“回”形框架内侧壁的水平中间高度部分加工有两个对称的用于导向的右对称凸形滑块(16)，两个右对称凸形滑块(16)距离右菱形结构(14)的短轴侧两端留有指定宽度的间隙，右钳位压电堆(7)安装在在右菱形结构(14)的空腔内，所述右钳位压电堆(7)采用过盈配合方式与右钳位机构(9)中的右菱形结构(14)连接，以给右钳位压电堆(7)提供预紧力；驱动机构(5)设置在左钳位机构(2)和右钳位机构(9)间，所述驱动机构(5)中间为菱形驱动结构，采用过盈配合在其内部设置有驱动压电堆(6)以给驱动压电堆(6)提供预紧力，所述菱形驱动结构的左右两端为相同的左“回”形结构和右“回”形结构；所述左“回”形结构和右“回”形结构的两外侧壁均开有凹形导向槽(18)，左“回”形结构采用过盈配合方式穿过左钳位机构(2)中两个左对称凸形滑块(12)距离左菱形结构(10)的短轴侧两端留有的间隙，同时使左钳位机构(2)中两个左对称凸形滑块(12)与左“回”形结构两外侧壁的凹形导向槽(18)配合；所述右“回”形结构采用过盈配合方式穿过右钳位机构(9)中两个右对称凸形滑块(16)距离右菱形结构(14)的短轴侧两端留有的间隙，同时使右钳位机构(9)中两个右对称凸形滑块(16)与左“回”形结构两侧壁的凹形导向槽(18)配合，所述右“回”形结构右侧连接有输出杆(8)。

2.根据权利要求1所述的具有位移测量功能和大推拉力的步进式压电作动器，其特征在于：所述驱动机构(5)中的菱形驱动结构，其刚度能通过作动器的几何参数设计来调整，以保证足够的回弹拉力。

3.根据权利要求1所述的具有位移测量功能和大推拉力的步进式压电作动器，其特征在于：所述驱动机构(5)中的菱形传感结构四个侧壁上分别贴有第一电阻式应变计(A)、第二电阻式应变计(B)、第三电阻式应变计(C)和第四电阻式应变计(D)，构成惠斯通全桥用以测量菱形传感结构的应变，通过所测应变值换算得到作动器驱动负载时的输出位移值。

4.根据权利要求3所述的具有位移测量功能和大推拉力的步进式压电作动器，其特征在于：所述驱动机构(5)中左“回”形结构和右“回”形结构的内侧壁表面采用电化学腐蚀工艺加工有一段等间隔Δx的微凹槽(19)；所述左钳位机构(2)中左菱形结构(10)短轴侧两端面采用电化学腐蚀工艺加工有一段等间隔Δx的左微凸条(13)；所述右钳位机构(9)中右菱形结构(14)短轴侧两端面采用电化学腐蚀工艺加工有一段等间隔Δx的右微凸条(17)；由于采用过盈配合方式，所述左微凸条(13)和右微凸条(17)分别与微凹槽(19)相互咬合。