[实用新型]基于压电驱动的无侧翻失效作动器装置

说明书

本实用新型公开一种基于压电驱动的无侧翻失效作动器装置，包括具有空间四足结构的基体，和粘贴于基体中央位置的上下两个平面上的压电陶瓷片。磷青铜基体由一块四角星形状的金属薄板折弯其四个尖角制成，相对的两个尖角同向折弯，相邻的两个尖端反向折弯。利用粘贴于压电陶瓷在正弦电信号作用下的振动合成效应，使尖足末端产生不完全相同的高频微幅的振动，由于基体结构的关系，只会有三个尖足同时着地，一个尖足悬空，始终存在一个尖足正面着地、两个尖足斜侧面着地的情况。利用三尖足着地方式的不同所产生的不同大小或方向的摩擦力的差值，可以实现作动器在接触面上的直线和转弯运动，完成预设的行进路径。

技术领域：

本实用新型涉及一种基于压电驱动的无侧翻失效作动器装置及其特点，其属于超声领域、MEMS领域、压电技术领域。

背景技术：

作动器是实施振动主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制规律，来对控制对象施加控制力。近年来，在传统的流体作作动器、气体作动器和电器作动器的基础上，研究开发出了许多智能型作动器，例如压电陶瓷作动器、压电薄膜作动器、电致伸缩作动器、磁致伸缩作动器、形状记忆合金作动器、伺服作动器和电流变流体作动器等。这些作动器的出现，为实现高精度的振动主动控制提供了必要条件。同时，在航空航天领域，作动器是飞机操纵系统的执行机构，是飞行控制系统的重要组成部分，随着飞行控制技术的多样化，许多新型作动器也应运而生，例如直接驱动式作动器、电静液作动器、集成电液作动器、机电作动器以及光传灵巧作动器。其中，一部分压电作动器由于结构设计或者作动原理等方面的原因，需要添加额外的辅助装置以防止侧翻造成的作动失效。

实用新型内容：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种基于压电驱动的无侧翻失效作动器装置，由于其的结构特点，除了具有一般压电陶瓷作动器的特点外，还具有不怕侧翻的特点。

本实用新型为一种基于压电驱动的无侧翻失效作动器装置，包括具有空间四足结构的金属基体，和粘贴于所述基体中央平台位置处的至少一对压电陶瓷片。

进一步的，所述基体中央平台处的压电陶瓷片包括第一压电陶瓷片1和第二压电陶瓷片2，所述第一压电陶瓷片1和第二压电陶瓷片2分别设置于所述中心平台的两面相对位置上。

进一步的，所述基体3由一块厚度为a的四角星形薄板折弯其四个尖角制成，相对的两个尖角同向折弯，其中一对尖角弯折的角度为θ，另一对尖角反向折弯，角度为-θ，形成了所述基体3上的第一尖足4、第二尖足5、第三尖足6和第四尖足7，将四个尖足末端两两连线，即可构成一个正四面体形状；因此，当所述的磷青铜基体放置于平面上时，将始终处于三个尖足着地、一个尖足悬空的情况；将正面着地的尖足视为前足8，将斜侧面着地的两个尖足分别视为左侧足9和右侧足10，将悬空的尖足视为悬空足11。

本实用新型还提供上述作动器装置的控制方法，首先，对所述第一压电陶瓷片1和第二压电陶瓷片2施加相同的正弦电信号，利用压电陶瓷片的逆压电效应控制压电陶瓷片的形变，通过压电陶瓷片的形变激励整个磷青铜基体3产生形变，由于结构的关系，基体上的四个尖足末端形变产生的位移最大；其次，通过调节所施加电信号的频率，可以改变压电陶瓷的振动模态，从而改变基体的振动模态，使得四个足尖产生不完全相同的高频微幅振动，形成多种组合；在各个组合的振动模态的控制频率段附近调整所施加电信号的频率，可以改变四个尖足之间的振动幅度差异；最后，再利用着地的前足8、左侧足9和右侧足10着地角度的不同，使得着地的三个尖足与接触面作用所产生的摩擦力的大小或方向不同，从而最终产生驱使作动器产生直线运动所需的合力和产生转弯运动所需的合力矩。

进一步的，通过改变施加在所述第一压电陶瓷片1和第二压电陶瓷片2上的电信号的频率，在多个频率段内令所述第一尖足4和第二尖足5、第三尖足6和第四尖足7同时产生相对方向上的振动，称为面外振动模态；