[发明专利]一种贴片式旋转型双驱动压电作动器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种贴片式旋转型双驱动压电作动器及其工作方法,压电作动器包含U形梁、两个驱动圆环、两个连接杆、两个扭振压电元件组、弯振压电元件组和两个安装架；U形梁包含底梁和两个侧梁；两个驱动圆环分别通过两个连接杆和U形梁的两端相连，且驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿；两个扭振压电元件组分别对称设置在两个侧梁上，弯振压电元件组设置在底梁上。两个安装架分别设置在两个侧梁上。本发明利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能，依靠摩擦作用直接驱动转子旋转，不需要复杂的传动和减速机构，结构简单紧凑，易于实现小型化，且能强磁场及真空环境下工作。

技术领域

本发明涉及压电驱动技术和二自由度关节模块技术领域，尤其涉及一种贴片式旋转型双驱动压电作动器及其工作方法。

背景技术

机械臂关节模块通常通过电机和液压驱动，来实现关节模块以及整个机械臂的运动。随着机械臂在科研领域应用范围的不断扩大，一些特殊的工作场合对关节模块的驱动技术提出了更高的要求，如不受强磁场干扰、真空环境作业、微型结构等。电磁电机在强磁场环境中无法正常工作，液压驱动无法在真空环境下有效工作，且这两种作动方式都存在机构冗余不利于小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种贴片式旋转型双驱动压电作动器及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种贴片式旋转型双驱动压电作动器，包含U形梁、第一驱动圆环、第二驱动圆环、第一至第二连接杆、第一至第二扭振压电元件组、弯振压电元件组、第一安装架和第二安装架；

所述U形梁包含底梁和对称的第一侧梁、第二侧梁，底梁的两端分别和第一侧梁的一端、第二侧梁的一端垂直固连；所述底梁、第一侧梁、第二侧梁均为长方体，均包含第一至第四侧面以及两个端面，第一至第四侧面依次相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一侧梁的第三侧面、第二侧梁的第一侧面位于U形梁的内侧，第一侧梁的第一侧面、第二侧梁的第三侧面位于U形梁的外侧，且底梁的第一侧面分别和第一侧梁的第一侧面、第二侧梁的第三侧面相连；

所述第一连接杆和第二连接杆均为柱体，一个端面为平面、另外一个端面为弧面；第一连接杆的平面端和所述第一侧梁的另一端固连、弧面端和所述第一驱动圆环的侧面固连；第二连接杆的平面端和所述第二侧梁的另一端固连、弧面端和所述第二驱动圆环的侧面固连；

所述第一连接杆、第一侧梁同轴且轴线经过第一驱动圆环的中心，第二连接杆、第二侧梁同轴且轴线经过第二驱动圆环的中心，第一驱动圆环、第二驱动圆环的两个端面均和第一侧梁的第一侧面平行；

所述第一安装架和第二安装架均包含两个安装片，其中，第一安装架的两个安装片对称设置在第一侧梁的第二侧面、第四侧面上，第二安装架的两个安装片对称设置在第二侧梁的第二侧面、第四侧面上；所述第一安装架、第二安装架的两个安装片上均设有通孔，用于固定贴片式旋转型双驱动压电作动器；

所述弯振压电元件组包含两片弯振压电元件，所述弯振压电元件采用单分区压电元件、沿厚度方向极化；所述两片弯振压电元件极化方向相同，对称设置在所述底梁第一侧面、第三侧面的中心；

所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组均包含第一扭振压电单元和第二扭振压电单元，所述第一扭振压电单元、第二扭振压电单元均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和U形梁粘接，形成田字格正方形，所述第一至第四扭振压电元件均沿厚度方向极化，且相邻扭振压电元件的极化方向相反；