本發(fā)明屬于精密機械驅(qū)動領(lǐng)域。應(yīng)用于微型機器人驅(qū)動、微小型機械等方面。

背景技術(shù)：

近年來，隨著微納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，在生物醫(yī)學(xué)工程、精密機械、機器人、計算機、自動控制、精密測量、精密器件微制造、超精密加工等技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ⑿⌒蜋C械的驅(qū)動技術(shù)的需求日益增多。傳統(tǒng)精密驅(qū)動主要采用機械式，如精密絲杠副及滾動滑動導(dǎo)軌、精密螺旋楔塊機構(gòu)等，但由于存在間隙、摩擦、爬行等問題，其精度很難滿足要求，在這種條件下發(fā)展出許多新型的驅(qū)動方式，例如靜電吸引式、電磁式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式以及壓電式等。

壓電驅(qū)動的工作原理主要是應(yīng)用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，即當(dāng)壓電體受電場作用時會產(chǎn)生形變，與其他方式相比具有機電轉(zhuǎn)化系數(shù)高、無電磁干擾、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，而柔性壓電纖維可以使用在曲面結(jié)構(gòu)上，在新型智能材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

另一方面慣性式壓電驅(qū)動裝置因其在工作行程、分辨率、工作頻率、運動速度、頻率響應(yīng)、制造成本、受壓電元件滯環(huán)蠕變影響程度等方面具有獨特的優(yōu)勢，已經(jīng)發(fā)展成為壓電精密驅(qū)動的一個重要部分?，F(xiàn)有的壓電慣性驅(qū)動裝置多采用非對稱電信號作為激勵信號，但這種驅(qū)動裝置有信號不易于產(chǎn)生、機構(gòu)不容易控制、有較大回退運動等缺點。鑒于目前壓電慣性驅(qū)動裝置所存在的問題，本發(fā)明提出一種非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置，利用上方質(zhì)量塊擺動時產(chǎn)生的慣性沖擊力，使壓電驅(qū)動裝置產(chǎn)生定向運動。具有器件可靠性高、無電磁干擾、激勵信號易于產(chǎn)生和控制、裝置可控性好等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是：壓電纖維的形變作用于金屬板(4)，金屬板(4)帶動質(zhì)量塊1(1)擺動，利用質(zhì)量塊1(1)產(chǎn)生的慣性沖擊力，實現(xiàn)裝置整體的運動。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述的壓電纖維1(2)、壓電纖維2(3)與金屬板(4)采用導(dǎo)電膠粘接。

所述的金屬板(4)需加工出一定弧度，從而使其具有更好的力學(xué)性能，端部加工成螺紋柱以便連接質(zhì)量塊1(1)、質(zhì)量塊2(5)。同時質(zhì)量塊1(1)和質(zhì)量塊2(5)均有對應(yīng)螺紋孔。

所述的金屬板(4)左右兩面分別粘接兩片壓電纖維，其中壓電纖維1(2)靠金屬板(4)上部粘接，壓電纖維2(3)靠下部粘接，金屬板(4)兩端分別與質(zhì)量塊1(1)質(zhì)量塊2(5)連接。

對所述的壓電驅(qū)動裝置通入所給的電信號，壓電纖維1(2)收縮變形，金屬板(4)帶動質(zhì)量塊1(1)向左擺動，然后壓電纖維2(4)受電信號激勵伸長變形，質(zhì)量塊1(1)繼續(xù)向左擺動，利用此過程中質(zhì)量塊1(1)產(chǎn)生的慣性力，實現(xiàn)裝置向右的連續(xù)運動。

本發(fā)明所述的非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置采用金屬板(4)和壓電纖維1(2)、壓電纖維2(3)相粘接的設(shè)計，使用所給出的電信號，有效減弱了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，克服了機構(gòu)不容易控制的缺點，達到了裝置定向運動的目的。采用兩片壓電纖維交替驅(qū)動的方式，金屬板(4)擺動的過程仿照蛇的側(cè)向盤旋運動，質(zhì)量塊1(1)擺動過程中產(chǎn)生的慣性力代替蛇側(cè)向盤旋運動時的靜摩擦力，驅(qū)動裝置進行左右方向的運動。兩片壓電纖維以不對稱的形式粘接在金屬板(4)上，增大了質(zhì)量塊1(1)的運動行程，利于儲存動能。

附圖說明

圖1為非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置的運動過程示意圖；

圖3為所給電信號示意圖；

圖4為多個致動器作用于非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置，是一種利用壓電纖維的逆壓電效應(yīng)和慣性驅(qū)動原理驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)運動的新型驅(qū)動裝置。如圖1所示，致動器由兩片壓電纖維在預(yù)彎曲呈一定弧度的金屬基板上不對稱粘接構(gòu)成，金屬板(4)兩端分別連接質(zhì)量塊1(1)和質(zhì)量塊2(5)，其中質(zhì)量塊2(5)起到穩(wěn)定及支撐作用，質(zhì)量塊1(1)在運動的過程中產(chǎn)生慣性力。壓電纖維1(2)、壓電纖維2(3)與金屬板(4)之間采用導(dǎo)電膠并聯(lián)粘接。金屬板(4)加工出一定弧度，端部加工成螺紋柱以便連接質(zhì)量塊1(1)和質(zhì)量塊2(5)，質(zhì)量塊(1)、質(zhì)量塊2(5)具有對應(yīng)的螺紋孔。其中質(zhì)量塊2(5)長于質(zhì)量塊1(1)，使裝置在運動的過程中更加穩(wěn)定。金屬板在粘接壓電纖維時應(yīng)有適當(dāng)?shù)念A(yù)變形，達到增大質(zhì)量塊1(1)行程，從而利于儲存動能的目的。

壓電纖維1(2)在電信號的激勵下收縮變形，金屬板(4)帶動質(zhì)量塊1(1)向左擺動，之后壓電纖維2(3)在電信號的作用下伸長變形，帶動質(zhì)量塊1(1)繼續(xù)向左擺動，相應(yīng)產(chǎn)生向右的慣性沖擊力，同時其離心慣性力減小了質(zhì)量塊2(5)與地面之間的正壓力，也就是降低了驅(qū)動裝置與地面之間的摩擦力，裝置整體向右移動，然后改變電信號的輸入，金屬板復(fù)原，質(zhì)量塊1(1)右側(cè)移動，裝置恢復(fù)到原來的狀態(tài)，完成一個運動周期。重復(fù)上述過程可以實現(xiàn)裝置整體向右的連續(xù)運動。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明所述的非對稱式雙片壓電纖維慣性驅(qū)動裝置，包括致動器和兩個質(zhì)量塊。致動器由兩片壓電纖維在預(yù)彎曲呈一定弧度的金屬板上不對稱粘接構(gòu)成，金屬板兩端分別連接兩個質(zhì)量塊，壓電纖維在交變電壓作用下收縮變形，使金屬板表面產(chǎn)生彎矩，下方的質(zhì)量塊起到穩(wěn)定及支撐作用，上方的質(zhì)量塊在運動的過程中產(chǎn)生慣性力。電信號激勵下，左側(cè)壓電纖維收縮變形，然后右側(cè)壓電纖維伸長變形，金屬板帶動上方質(zhì)量塊向左擺動，產(chǎn)生向右的慣性沖擊力，裝置整體向右移動，然后改變輸入的電信號，金屬板復(fù)原，上方質(zhì)量塊右側(cè)移動，完成一個運動周期。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、器件可靠性高、激勵信號易于產(chǎn)生和控制、機構(gòu)可控性好等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：董景石;劉暢;曹義;朱曉剛;徐智;吳越;楊志剛;趙宏偉
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.23
技術(shù)公布日：2017.07.25