[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过压电陶瓷驱动的作动装置，具体涉及一种含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法。

背景技术

近年来压电驱动装置不断发展，支持了国防、航天，机械制造等重要工业的发展建设，也衍生出了品种繁多的压电作动装置，然而受制于压电材料作动行程小的缺点，压电陶瓷作动器难以实现大行程输出，特别是大转角的扭矩输出更难实现。因此迫切需要一种结构简单轻便，驱动行程大，分辨率高的步进式旋转作动装置。

发明内容

为了满足上述需求，本发明的目的在于提供一种含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置及方法，使用三个压电陶瓷相互配合实现大角度的旋转运动，并且采用菱形环实现作动器断电锁止，具有结构重量轻，体积小，能够输出大扭矩、大转角，断电自锁功耗低的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种含有H型结构的高精度大扭矩压电旋转作动装置，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。

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。

上述所述的含有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，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；