[发明专利]采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构

说明书

技术领域

本发明涉及到一种采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，属于折展机构技术领域。

背景技术

折展机构属于工程机械以及航空航天领域最为常用的一种机构，一般应具有结构简单、折展比大等优点。例如，很多航天器中都会使用大量的折展机构：在航天器发射时，机构出于收回状态，有效减小了航天器的尺寸；航天器进入轨道后，机构展开，开始正常工作。折展机构类型很多，套筒型的折展机构是最为常用的一种。套筒折展机构一般为量级或者多级套筒结构，通过内部套筒相对外部套筒的轴线运动实现展开动作，有时又需要内部套筒绕外部套筒做一定角度的转动。目前，套筒折展机构一般采用电磁电机、减速器、钢丝、转轮等基本元件组成的复杂系统实现展开和收回，结构复杂、重量大，而且电磁电机一般不具备自锁特性，能量损耗大；此外，两自由度套筒折展机构目前都是采用两套驱动系统分别实现直线和旋转驱动，同样存在结构复杂、重量大、能耗高的问题，而且两自由度驱动的实现难度也较大。

发明内容

本发明是为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高、难于实现两自由运动的问题，本发明提供了一种采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构。

采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，它包括压电振子、外套筒、内套筒和两个万向轴承；

所述压电振子包括中间梁、四片纵弯复用压电陶瓷片、四片弯振陶瓷片和两个后端盖，中间梁包含两个变幅杆和一个驱动足，

驱动足的两个侧面分别与两个变幅杆的末端面固定连接，后端盖的一侧中心位置设置有螺柱，所述每个螺柱均套装有两片纵弯复用压电陶瓷片和两片弯振陶瓷片，且该两片弯振陶瓷片靠近后端盖，所述后端盖通过螺柱旋合在变幅杆的首端，并实现纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片的压紧；

内套筒套接在外套筒内，压电振子通过后端盖与内套筒固定连接，且压电振子轴线与内套筒轴线平行，压电振子上的驱动足的侧面与外套筒内侧面紧密接触；所述两个万向轴承的外框架均与内套筒的内侧壁固定连接，万向轴承的转动球与外套筒内侧面紧密接触。

所述压电振子中的纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片均沿厚度方向极化；每片弯振陶瓷片均是由两个半片压电陶瓷片构成，且每片弯振陶瓷片中的两个半片压电陶瓷片的极化方向相反；

每个螺柱上套装的两片弯振陶瓷片极化方向相反，且每个螺柱上靠近纵弯复用压电陶瓷片的弯振陶瓷片的极化方向相同；

所述纵弯复用压电陶瓷片分为左右两个半区进行极化，且同一纵弯复用压电陶瓷片上左右两个半区的极化方向相同，每个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片的极化方向相反，每个螺柱上靠近弯振陶瓷片的纵弯复用压电陶瓷片极化方向相同；

相邻的纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片之间、纵弯复用压电陶瓷片和变幅杆之间均设置有接地电极片，

每个螺柱上套装的两片弯振陶瓷片之间设置有弯振电极片，

每个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间设置有两个纵弯复用电极片，且上述的两个纵弯复用电极片分列在两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左右两侧，两个纵弯复用电极片之间留有间隙。

采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构中的四片纵弯复用压电陶瓷片、四片弯振陶瓷片的电连接方式有两种：

其一、所述所有接地电极片与激励信号公共端连接，所有的弯振电极片与第一相驱动信号连接，所有的纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，第一相驱动信号与第二相驱动信号在时间上具有90度或者-90度的相位差。

其二、所述所有接地电极片与激励信号公共端连接，所有弯振电极片与第一相驱动信号连接；一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左侧纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，且一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的右侧纵弯复用电极片与第三相驱动信号连接；

另一个螺柱上套装的两片压纵弯复用压电陶瓷片之间的右侧纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，且另一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左侧纵弯复用电极片与第三相驱动信号连接；

第一相驱动信号与第二相驱动信号在时间上具有90度或者-90度的相位差，第二相驱动信号与第三相驱动信号之间在时间上具有180度的相位差。

本发明所述的采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构利用单个压电振子实现内套筒相对外套筒的两自由度直接驱动。其中，压电振子通过自身的偶数阶纵向振动和两个奇数阶弯曲振动的复合实现单足的两自由度驱动(一个是沿外套筒轴线方向的直线运动，另外一个是绕外套筒轴线的转动)。

具体工作原理如下：