[发明专利]一种贴片式多模态复合型旋转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多模态复合型旋转压电作动器及其工作方法，贴片式多模态复合型旋转压电作动器包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组。矩形梁通过连接杆和驱动圆环相连；第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组设置在矩形梁上，用于使得驱动圆环上的驱动齿运动。本发明利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能，通过摩擦原理直接驱动转子旋转，不需要复杂的传动机构，结构简单紧凑，易于实现小型化，且能在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多模态复合型旋转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。基于逆压电效应的压电驱动方式在压电陶瓷材料的制备和加工技术得到了进一步发展的情况下，可实现驱动结构的结构紧凑、直接驱动、无电磁干扰、易于小型化等特点，在极端工作环境中拥有者广泛的应用前景。本发明提出了基于逆压电效应和摩擦作用驱动的贴片式多模态复合型旋转压电作动器，可实现转子的正反转以及机构简单、小型化等特点，可以在真空强磁场等极端环境下工作。

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，提供一种贴片式多模态复合型旋转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：

一种贴片式多模态复合型旋转压电作动器，包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；

所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；

所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；

所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；

所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；

所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，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所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，且相邻扭振压电元件的极化方向相反；

所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；

所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；

所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；

所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数。

作为本发明一种贴片式多模态复合型旋转压电作动器进一步的优化方案，所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组中第一至第四扭振压电元件形成的正方形的边长和所述矩形梁第一侧面的宽相等，该正方形的两条边和第一侧面的两个长边对齐；

第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的两条边均和第一侧面的两个长边对齐。