一種壓電振動式行走機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種壓電振動式行走機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的發(fā)展，微型驅(qū)動技術(shù)在超精密機械及其制造、仿生機器人、探測救援、生物醫(yī)療等學科領(lǐng)域中占據(jù)越來越重要的地位，各種形式各異仿生機器人及新型驅(qū)動器被陸續(xù)開發(fā)出來。伴隨著壓電驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，以壓電陶瓷為核心功能材料的驅(qū)動器在超精密定位驅(qū)動領(lǐng)域脫穎而出。壓電陶瓷驅(qū)動器具有能量密度大、響應(yīng)速度快、分辨率高、抗電磁干擾、耐低溫真空環(huán)境等優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的壓電式微型驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難、成本較高，多為旋轉(zhuǎn)或直線運動機構(gòu)，且行程有限，嚴重限制了其在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用。為滿足工作需要，往往需要多方向的運動輸出，這就決定了需要將多個單自由度驅(qū)動單元組合裝配使用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸偏大，整體裝配誤差累計過高。因此，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、具有運動方向調(diào)整功能的微小型驅(qū)動器已十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決目前一般的微小型壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、驅(qū)動能力差且運動方向單一的問題，提出了一種壓電振動式行走機構(gòu)，該機構(gòu)由基體和四個大小相同的壓電振子構(gòu)成，所述壓電振子通電發(fā)生往復(fù)彎曲變形，由于壓電振子傾斜布置，其與工作面接觸的反作用力的水平方向的分力會使該行走機構(gòu)形成水平方向的驅(qū)動能力，當施加到四個壓電振子上的驅(qū)動控制信號不同時，該該行走機可以實現(xiàn)曲線運動。本發(fā)明與現(xiàn)有的壓電驅(qū)動器相比，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，并且具有運動方向調(diào)整功能。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明一種壓電振動式行走機構(gòu)，包括:基體和四個大小相同的壓電振子，其中:所述基體為矩形薄板結(jié)構(gòu)，下底面布置有四個大小相同的壓電振子安裝槽;所述壓電振子安裝槽深度方向與所述基體下表面成一定角度但不垂直;所述四個壓電振子安裝槽傾斜方向和傾斜角度相同；所述壓電振子由彈性基板和粘貼在其上下表面的壓電薄片材料組成；所述壓電振子安裝槽橫截面尺寸與所述彈性基板橫截面尺寸相同；所述四個壓電振子通過粘接的方式分別布置在四個壓電振子安裝槽內(nèi)。
[0006]所述四個壓電振子可以施加相同的驅(qū)動信號，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)直線前進運動，其運動方向為壓電振子自由端傾斜的方向；或是運動方向左右兩側(cè)的壓電振子施加不同的驅(qū)動信號，即施加不同的電壓和頻率，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。
[0007]所述基體的下表面可以布置有M行N列個壓電振子安裝槽和對應(yīng)數(shù)量的壓電振子，其中M大于等于I 4大于等于I，且各壓電振子安裝槽傾斜方向和傾斜角度相同。
[0008]工作時，將該壓電振動式行走機構(gòu)放置在工作平面上，所述壓電振子的自由端與工作平面接觸。在所述壓電振子上施加交流電壓使其發(fā)生往復(fù)彎曲變形，由于壓電振子傾斜布置，其與工作面接觸的反作用力的水平方向的分力會使該行走機構(gòu)形成水平方向的驅(qū)動能力，其運動方向為壓電振子與基體所成銳角的開口方向；當在運動方向左右兩側(cè)的壓電振子上施加不同的控制信號(電壓、頻率等)時，基體運動方向左右兩側(cè)的壓電振子受到的水平分力不同時，該行走機構(gòu)可以實現(xiàn)曲線運動。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明一種壓電振動式行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明一種壓電振動式行走機構(gòu)的構(gòu)件及安裝關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0011]參照圖1和圖2，本發(fā)明一種壓電振動式行走機構(gòu)由基體I和四個大小相同的壓電振子2構(gòu)成，其中:
[0012]所述基體I為矩形薄板結(jié)構(gòu)，下底面布置有四個大小相同的壓電振子安裝槽11;所述壓電振子安裝槽11深度方向與所述基體I下表面成一定角度但不垂直;所述四個壓電振子安裝槽11傾斜方向和傾斜角度相同；所述壓電振子2由彈性基板21和粘貼在其上下表面的壓電薄片材料22組成;所述壓電振子安裝槽11橫截面尺寸與所述彈性基板21橫截面尺寸相同；所述四個壓電振子2分別安裝在四個壓電振子安裝槽11內(nèi)。
[0013]所述四個壓電振子2可以施加相同的驅(qū)動信號，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)直線前進運動，其運動方向為壓電振子2與基體I所成銳角的開口方向；或是運動方向左右兩側(cè)的壓電振子2施加不同的驅(qū)動信號，即施加不同的電壓和頻率，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)運動方向調(diào)整功能。
[0014]所述基體I的下表面的壓電振子安裝槽11按2行2列的方式布置，并布置有四個壓電振子2。
[0015]工作時，將該壓電振動式行走機構(gòu)放置在工作平面上，所述壓電振子2的自由端與工作平面接觸。在所述壓電振子2上施加交流電壓使其發(fā)生往復(fù)彎曲變形，由于壓電振子2傾斜布置，其與工作面接觸的反作用力的水平方向的分力會使該行走機構(gòu)形成水平方向的驅(qū)動能力，即實現(xiàn)步進式的前進運動。
【主權(quán)項】
1.一種壓電振動式行走機構(gòu)，包括:基體(I)和四個大小相同的壓電振子(2)，其特征在于所述壓電振子(2)與基體(I)成一定角度但不垂直，其中:所述基體(I)為矩形薄板結(jié)構(gòu)，下底面布置有四個大小相同的壓電振子安裝槽(11);所述壓電振子安裝槽(11)深度方向與所述基體(I)下表面成一定角度但不垂直;所述四個壓電振子安裝槽(11)傾斜方向和傾斜角度相同；所述壓電振子(2)由彈性基板(21)和粘貼在其上下表面的壓電薄片材料(22)組成;所述壓電振子安裝槽(11)橫截面尺寸與所述彈性基板(21)橫截面尺寸相同；所述四個壓電振子(2)分別安裝在四個壓電振子安裝槽(11)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動式行走機構(gòu)，其特征在于:所述四個壓電振子(2)可以施加相同的驅(qū)動信號，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)直線前進運動，其運動方向為壓電振子(2)與基體(I)所成銳角的開口方向；或是運動方向左右兩側(cè)的壓電振子(2)施加不同的驅(qū)動信號，即施加不同的電壓和頻率，使該行走機構(gòu)實現(xiàn)運動方向調(diào)整功能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動式行走機構(gòu)，其特征在于:所述基體(I)的下表面可以布置有M行N列個壓電振子安裝槽(11)和對應(yīng)數(shù)量的壓電振子(2)，其中M大于等于I，N大于等于I，且各壓電振子安裝槽(11)傾斜方向和傾斜角度相同。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓電振動式行走機構(gòu)，包括：基體和四個大小相同的壓電振子，其中：所述基體為矩形薄板結(jié)構(gòu)，下底面布置有四個大小相同的壓電振子安裝槽；所述壓電振子安裝槽深度方向與所述基體下表面成一定角度但不垂直；所述壓電振子由彈性基板和粘貼在其上下表面的壓電薄片材料組成；所述四個壓電振子分別安裝在四個壓電振子安裝槽內(nèi)。該驅(qū)動器放置在工作平面上，所述壓電振子施加交流電壓發(fā)生往復(fù)彎曲變形，工作面產(chǎn)生的反作用力驅(qū)動該機構(gòu)前進。該裝置主要用于仿生機器人、探測救援等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、運動方向可調(diào)整等優(yōu)點。
【IPC分類】H02N2/04, H02N2/02
【公開號】CN105553327
【申請?zhí)枴緾N201610073931
【發(fā)明人】吳越, 劉慶平, 任露泉, 楊志剛, 涂前進, 王旭
【申請人】吉林大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月2日