[发明专利]一种压电振动式行走机构

说明书

技术领域

本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种压电振动式行走机构。

背景技术

随着科学技术的发展，微型驱动技术在超精密机械及其制造、仿生机器人、 探测救援、生物医疗等学科领域中占据越来越重要的地位，各种形式各异仿生 机器人及新型驱动器被陆续开发出来。伴随着压电驱动技术的发展，以压电陶 瓷为核心功能材料的驱动器在超精密定位驱动领域脱颖而出。压电陶瓷驱动器 具有能量密度大、响应速度快、分辨率高、抗电磁干扰、耐低温真空环境等优 势。然而，现有的压电式微型驱动器结构复杂、加工困难、成本较高，多为旋 转或直线运动机构，且行程有限，严重限制了其在生产实际中的应用。为满足 工作需要，往往需要多方向的运动输出，这就决定了需要将多个单自由度驱动 单元组合装配使用，导致结构复杂且尺寸偏大，整体装配误差累计过高。因此， 设计一种结构简单、具有运动方向调整功能的微小型驱动器已十分重要。

发明内容

为了解决目前一般的微小型压电驱动器结构复杂、成本较高、驱动能力差 且运动方向单一的问题，提出了一种压电振动式行走机构，该机构由基体和四 个大小相同的压电振子构成，所述压电振子通电发生往复弯曲变形，由于压电 振子倾斜布置，其与工作面接触的反作用力的水平方向的分力会使该行走机构 形成水平方向的驱动能力，当施加到四个压电振子上的驱动控制信号不同时， 该该行走机可以实现曲线运动。本发明与现有的压电驱动器相比，结构简单， 成本较低，并且具有运动方向调整功能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种压电振动式行走机构，包括：基体和四个大小相同的压电振子， 其中：所述基体为矩形薄板结构，下底面布置有四个大小相同的压电振子安装 槽；所述压电振子安装槽深度方向与所述基体下表面成一定角度但不垂直；所 述四个压电振子安装槽倾斜方向和倾斜角度相同；所述压电振子由弹性基板和 粘贴在其上下表面的压电薄片材料组成；所述压电振子安装槽横截面尺寸与所 述弹性基板横截面尺寸相同；所述四个压电振子通过粘接的方式分别布置在四 个压电振子安装槽内。

所述四个压电振子可以施加相同的驱动信号，使该行走机构实现直线前进 运动，其运动方向为压电振子自由端倾斜的方向；或是运动方向左右两侧的压 电振子施加不同的驱动信号，即施加不同的电压和频率，使该行走机构实现转 向功能。

所述基体的下表面可以布置有M行N列个压电振子安装槽和对应数量的压 电振子，其中M大于等于1，N大于等于1，且各压电振子安装槽倾斜方向和倾 斜角度相同。

工作时，将该压电振动式行走机构放置在工作平面上，所述压电振子的自 由端与工作平面接触。在所述压电振子上施加交流电压使其发生往复弯曲变形， 由于压电振子倾斜布置，其与工作面接触的反作用力的水平方向的分力会使该 行走机构形成水平方向的驱动能力，其运动方向为压电振子与基体所成锐角的 开口方向；当在运动方向左右两侧的压电振子上施加不同的控制信号(电压、 频率等)时，基体运动方向左右两侧的压电振子受到的水平分力不同时，该行 走机构可以实现曲线运动。

附图说明

图1是本发明一种压电振动式行走机构结构示意图。

图2是本发明一种压电振动式行走机构的构件及安装关系示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明一种压电振动式行走机构由基体1和四个大小相同 的压电振子2构成，其中：

所述基体1为矩形薄板结构，下底面布置有四个大小相同的压电振子安装 槽11；所述压电振子安装槽11深度方向与所述基体1下表面成一定角度但不垂 直；所述四个压电振子安装槽11倾斜方向和倾斜角度相同；所述压电振子2由 弹性基板21和粘贴在其上下表面的压电薄片材料22组成；所述压电振子安装 槽11横截面尺寸与所述弹性基板21横截面尺寸相同；所述四个压电振子2分 别安装在四个压电振子安装槽11内。

所述四个压电振子2可以施加相同的驱动信号，使该行走机构实现直线前 进运动，其运动方向为压电振子2与基体1所成锐角的开口方向；或是运动方 向左右两侧的压电振子2施加不同的驱动信号，即施加不同的电压和频率，使 该行走机构实现运动方向调整功能。

所述基体1的下表面的压电振子安装槽11按2行2列的方式布置，并布置 有四个压电振子2。

工作时，将该压电振动式行走机构放置在工作平面上，所述压电振子2的 自由端与工作平面接触。在所述压电振子2上施加交流电压使其发生往复弯曲 变形，由于压电振子2倾斜布置，其与工作面接触的反作用力的水平方向的分 力会使该行走机构形成水平方向的驱动能力，即实现步进式的前进运动。