[发明专利]轻小型单压电叠堆驱动式双向旋转惯性作动器及作动方法

说明书

轻小型单压电叠堆驱动式双向旋转惯性作动器及作动方法，该作动器由底座、轴承、输出轴、作动平面板及压电堆组成；底座左侧设有安装凸台，底座右上角设有轴承座，安装于轴承座中的轴承内部过盈配合有输出轴；底座的安装凸台上方固定有一体加工的作动平面板，该作动平面板由纵向板、作动臂、菱形环以及柔性铰链组成，其中作动臂左侧经水平柔性铰链与纵向板相连，作动臂靠近水平柔性铰链端的下方经纵向柔性铰链与菱形环上端相连，该菱形环内部过盈配合有压电堆，另外作动臂末端设有圆弧凹面，圆弧凹面与输出轴同心并且两者紧密贴合；本发明结构新颖，易于加工，结合惯性驱动及杠杆放大原理，具有作动快速精准，结构轻简小巧的特点。

技术领域

本发明属于惯性压电作动器技术领域，具体涉及一种轻小型单压电叠堆驱动式双向旋转惯性作动器及作动方法。

背景技术

惯性式压电作动器是一类采用非对称的驱动信号、非对称的机械夹持结构或非对称的摩擦力为控制方式，通过惯性冲击运动形成驱动的机构。

与其他类型的压电驱动比较，惯性压电作动器具有结构简单、响应速度快、分辨率高、大行程、运动速度快和成本低等主要优点，可实现较大行程且同时具有纳米级定位精度。因此，惯性压电作动器适用于需要高分辨率、大行程的场合。目前，科技工作者已成功将惯性压电作动器应用于高精度定位机构，多自由度驱动器，微型机器人关节以及微操作手等领域。

一般地，旋转式惯性压电作动器常常利用双晶片作为驱动元件，结构复杂且强度低；目前在多数旋转式惯性作动器中，仅依靠线接触进行钳位，容易因表面磨损而钳位失效；另外，大多数旋转惯性作动器需要较高电压才能输出微小步距，效率较低。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种轻小型单压电叠堆驱动式双向旋转惯性作动器及作动方法，在高频驱动条件下，能够快速响应并稳定驱动负载双向旋转；此作动器结构新颖，易于加工，结合惯性驱动及杠杆放大原理，具有作动高效精准，结构轻简小巧的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轻小型单压电叠堆驱动式双向旋转惯性作动器，包括底座14、轴承16、输出轴13、作动平面板1及压电堆9；所述底座14左侧设有安装凸台12，底座14右上角设有轴承座15，安装于轴承座15中的轴承16内部过盈配合有输出轴13；底座14的安装凸台12上方经安装螺钉11固定有一体加工的作动平面板1，该作动平面板1由纵向板2、作动臂3、菱形环4以及柔性铰链5组成，其中作动臂3左侧经水平柔性铰链5-1与纵向板2相连，作动臂3靠近水平柔性铰链5-1端经纵向柔性铰链5-2与菱形环4一端相连，菱形环4内部过盈配合有压电堆9，菱形环4另一端设有安装通孔10，安装螺钉11-3穿过安装通孔10并与底座14上的安装凸台12螺纹连接，另外作动臂3末端设有圆弧凹面6，该圆弧凹面6与输出轴13同心并且两者紧密贴合。

所述纵向板2内部正对水平柔性铰链5-1处开有调节直槽口7，调节螺钉8由纵向板2左侧旋入并紧抵于调节直槽口7右壁面，改变调节螺钉8的旋入量，作动臂3圆弧凹面6与输出轴13之间的正压力改变，两者间的摩擦力随之改变，即作动器的钳位力矩得到调节。所述菱形环4设置于作动臂3靠近水平柔性铰链5-1端，当压电堆9伸长，作动臂3绕水平柔性铰链5-1旋转，作动臂3末端的圆弧凹面6输出位移，该位移是压电堆9伸长量经杠杆放大后所得。