[发明专利]含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法

权利要求书

1.一种含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置，其特征在于：包括底座(1)，安装于底座(1)上并能够自由旋转的输出轴(2)，分别通过柔性铰链与输出轴(2)连接的第一作动臂(3-1)和第二作动臂(3-2)，连接于第一作动臂(3-1)一端的第一菱形环(4-1)，连接于第二作动臂(3-2)与第一作动臂(3-1)相对应端的第二菱形环(4-2)，分别安装在第一菱形环(4-1)和第二菱形环(4-2)内部的第一压电陶瓷(5-1)和第二压电陶瓷(5-2)，连接于第一作动臂(3-1)和第二作动臂(3-2)另一端之间的压电陶瓷(6)，以及通过支柱与底座(1)相连接的上部顶盖(7)；所述第一菱形环(4-1)和第二菱形环(4-2)的长轴一端分别与第一作动臂(3-1)和第二作动臂(3-2)连接；所述第一作动臂(3-1)和第二作动臂(3-2)与输出轴(2)共同构成“H”型结构；安装完成后底座(1)与上部顶盖(7)之间的距离小于第一菱形环(4-1)和第二菱形环(4-2)的短轴长度即横向长度，以保证第一压电陶瓷(5-1)和第二压电陶瓷(5-2)在断电情况下结构实现对输出轴(2)旋转运动的锁止。

2.根据权利要求1所述的含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置，其特征在于：使用长轴与水平面平行即横向放置的第一菱形环(4-1)和第二菱形环(4-2)进行锁止，且具有断电锁止功能。

3.权利要求1或2所述的含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置实现大扭矩步进式旋转作动的方法，其特征在于：能实现双向旋转运动输出；结构初始状态第一压电陶瓷(5-1)、第二压电陶瓷(5-2)和压电陶瓷(6)都处于断电状态，通过第一菱形环(4-1)、第二菱形环(4-2)与底座(1)和上部顶盖(7)之间的摩擦接触锁止输出轴(2)；

旋转作动装置驱动输出轴逆时针旋转时采用如下步骤：第一步，第一压电陶瓷(5-1)通电，推动第一菱形环(4-1)长轴膨胀，短轴即横向收缩，脱离与底座(1)和上部顶盖(7)之间的摩擦接触；第二步，保持第一压电陶瓷(5-1)通电，压电陶瓷(6)通电，推动第一作动臂(3-1)上的柔性铰链发生转动、第一菱形环(4-1)和第一压电陶瓷(5-1)在第一作动臂(3-1)带动下向逆时针方向产生位移；第三步，保持压电陶瓷(6)通电，第一压电陶瓷(5-1)断电，第一菱形环(4-1)弹性恢复，与底座(1)和上部顶盖(7)接触锁止，此时第一作动臂(3-1)上的柔性铰链仍保持弹性变形；第四步，第二压电陶瓷(5-2)通电，第二菱形环(4-2)长轴膨胀，短轴即横向收缩，脱离与底座(1)和上部顶盖(7)之间的摩擦接触此时输出轴(2)在第一作动臂(3-1)柔性铰链弹性回复力的驱动下沿逆时针方向发生转，同时第二作动臂(3-2)、第二菱形环(4-2)以及第二压电陶瓷(5-2)也将向逆时针方向产生位移；第五步，压电陶瓷(6)断电缩短；第六步，第二压电陶瓷(5-2)断电，第二菱形环(4-2)弹性恢复，与底座(1)和上部顶盖(7)接触锁止；至此作动装置恢复到第一步之前的状态，且与之相比，除底座(1)和上部顶盖(7)之外，包括输出轴(2)在内的所有结构都完成了沿逆时针的一步旋转运动，重复上述一至六步，即实现作动装置输出轴(2)的大转角逆时针旋转；

旋转作动装置驱动输出轴顺时针旋转时采用如下步骤：第一步，第二压电陶瓷(5-2)通电，推动第二菱形环(4-2)长轴膨胀，短轴即横向收缩，脱离与底座(1)和上部顶盖(7)之间的摩擦接触；第二步，保持第二压电陶瓷(5-2)通电，压电陶瓷(6)通电，推动第二作动臂(3-2)上的柔性铰链发生转动、第二菱形环(4-2)、第二压电陶瓷(5-2)在第二作动臂(3-2)带动下向顺时针方向产生位移；第三步，保持压电陶瓷(6)通电，第二压电陶瓷(5-2)断电，第二菱形环(4-2)弹性恢复，与底座(1)和上部顶盖(7)接触锁止，此时第二作动臂(3-2)上的柔性铰链仍保持弹性变形；第四步，第一压电陶瓷(5-1)通电，第一菱形环(4-1)长轴膨胀，短轴即横向收缩，脱离与底座(1)和上部顶盖(7)之间的摩擦接触，此时输出轴(2)在第二作动臂(3-2)柔性铰链弹性回复力的驱动下沿顺时针方向发生转动，同时第一作动臂(3-1)、第一菱形环(4-1)以及第一压电陶瓷(5-1)也将向顺时针方向产生位移；第五步，压电陶瓷(6)断电缩短；第六步，第一压电陶瓷(5-1)断电，第一菱形环(4-1)弹性恢复，与底座(1)和上部顶盖(7)接触锁止；至此作动器恢复到第一步之前的状态，且与之相比，除底座(1)和上部顶盖(7)之外，包括输出轴(2)在内的所有结构都完成了沿逆时针的一步旋转运动，重复上述一至六步，即实现作动装置输出轴(2)的大转角逆时针旋转。