一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器，包括：壓電振子、第一支撐腿、第二支撐腿、第一腳支座和第二腳支座，其中：所述壓電振子由彈性基板和貼在其上下表面的壓電薄片材料組成；所述第一支撐腿和第二支撐腿為矩形薄板結(jié)構(gòu)，具有一定的彈性，能夠?qū)崿F(xiàn)小角度的彎曲變形，分別布置在壓電振子兩端；所述第一腳支座和第二腳支座由兩種具有不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)復(fù)合而成，分別布置在所述第一支撐腿和所述第二支撐腿上；該裝置作為驅(qū)動器，主要用于軟體機(jī)器人、探測救援、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。
【專利說明】
一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于壓電驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微型驅(qū)動技術(shù)在超精密機(jī)械及其制造、精密測量、探測救援、生物醫(yī)療等學(xué)科領(lǐng)域中占據(jù)越來越重要的地位，各種形式各異的具有精密驅(qū)動、精密定位的新型驅(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、不易更換易損易耗件，并且多為剛性結(jié)構(gòu)，工作時驅(qū)動器直接與工作平面剛性接觸，對工作環(huán)境的要求相對較高，因此設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)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、環(huán)境適應(yīng)性差的問題，提出了一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器，該驅(qū)動器由壓電振子、第一支撐腿、第二支撐腿、第一腳支座和第二腳支座構(gòu)成，所述壓電振子通電發(fā)生往復(fù)彎曲變形，使兩個腳支座間距增加或減小，腳支座在往復(fù)運動過程中由于摩擦力的存在使得不同摩擦系數(shù)材質(zhì)交替與工作面接觸，因此腳支座正向和逆向運動時滑移距離不同，形成向低摩擦系數(shù)材質(zhì)所在方向的驅(qū)動能力。本發(fā)明與現(xiàn)有的壓電驅(qū)動器相比，磨損主要發(fā)生在兩個腳支座并且失效后可以更換，因此維護(hù)成本低；另一方面，驅(qū)動器本身通過柔性體腳支座與工作面相接觸，避免了剛性接觸，對工作面的要求較低，提高了環(huán)境適應(yīng)性和驅(qū)動能力，同時還能延長驅(qū)動器中壓電陶瓷的使用壽命。
[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)明一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器，包括:壓電振子、第一支撐腿、第二支撐腿、第一腳支座和第二腳支座，其中:所述壓電振子由彈性基板和貼在其上下表面的壓電薄片材料組成;所述第一支撐腿和第二支撐腿為矩形薄板結(jié)構(gòu)，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿和第二支撐腿具有一定的彈性，能夠?qū)崿F(xiàn)小角度的彎曲變形，彎曲變形的目的是為了使復(fù)合腳支座上不同摩擦系數(shù)材質(zhì)更容易過渡切換;所述第一支撐腿一端的端面粘貼在所述壓電振子第一端的下表面，另一端為自由端;所述第二支撐腿一端的端面粘貼在所述壓電振子第二端的下表面，另一端為自由端;所述第一腳支座為柱體結(jié)構(gòu)，由兩種具有不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)復(fù)合而成，即由第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)和第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)對稱粘接而成;所述第二腳支座的大小、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與所述第一腳支座完全相同；所述第一支撐腿的自由端與所述第一腳支座通過粘接的方式相連接;所述第二支撐腿的自由端與所述第二腳支座通過粘接的方式相連接;所述第一腳支座上的第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)與所述第二腳支座上的第二高摩擦系數(shù)材質(zhì)相對布置，或所述第一腳支座上的第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)與所述第二腳支座上的第二低摩擦系數(shù)材質(zhì)相對布置。
[0006]工作時，將驅(qū)動器放置在工作平面上，所述第一腳支座和第二腳支座與工作平面接觸。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，帶動第一腳支座和第二腳支座相互靠近或相互遠(yuǎn)離。在腳支座移動過程中，腳支座受到與移動方向相反的摩擦力，摩擦力使腳支座和支撐腿發(fā)生一定的扭動，促使兩個腳支座上不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)分別與工作面相接觸，從而兩個腳支座產(chǎn)生不同的滑移量。該驅(qū)動器的工作原理示意圖如圖3所示:該驅(qū)動器第一腳支座和第二腳支座的左半側(cè)部分分別為第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)和第二高摩擦系數(shù)材質(zhì)，右半側(cè)部分分別為第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)和第二低摩擦系數(shù)材質(zhì)，當(dāng)壓電振子未通電時，驅(qū)動器呈自然狀態(tài)，支撐腿和腳支座未發(fā)生扭動，如圖3中a所示；當(dāng)壓電振子通電產(chǎn)生凹變形時，帶動第一腳支座和第二腳支座相互遠(yuǎn)離，同時工作平面產(chǎn)生的摩擦力使驅(qū)動器兩端的支撐腿和腳支座發(fā)生一定扭動，致使第一腳支座上的第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)與工作面接觸，而第二腳支座上的第二低摩擦系數(shù)材質(zhì)與工作面接觸，因此當(dāng)?shù)谝荒_支座和第二腳支座相互遠(yuǎn)離時第一腳支座的滑移距離明顯小于第二腳支座的滑移距離，如圖3中b所示；當(dāng)壓電振子通電產(chǎn)生凸變形時，帶動第一腳支座和第二腳支座相互靠近，此時工作平面產(chǎn)生的摩擦力方向發(fā)生改變，兩側(cè)的支撐腿和腳支座分別又產(chǎn)生一定的反方向扭動，此時第一腳支座上的第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)與工作面接觸，而第二腳支座上的第二高摩擦系數(shù)材質(zhì)與工作面接觸，因此當(dāng)?shù)谝荒_支座和第二腳支座相互靠近時第一腳支座的滑移距離明顯大于第二腳支座的滑移距離，如圖3中c所示，此時完成一個工作循環(huán)；同理，當(dāng)壓電振子通電再次產(chǎn)生凹變形時，第一腳支座的滑移距離明顯小于第二腳支座的滑移距離，如圖3中d所示。在壓電振子通電往復(fù)彎曲變形的一個周期內(nèi)，帶動第一腳支座和第二腳支座相互遠(yuǎn)離或相互靠近，當(dāng)?shù)谝荒_支座和第二腳支座相互遠(yuǎn)離時，第二腳支座發(fā)生較大的滑移，當(dāng)?shù)谝荒_支座和第二腳支座相互靠近時，第一腳支座發(fā)生較大的滑移，因此在一個通電周期內(nèi)驅(qū)動器會產(chǎn)生一個向右的總步長。在交變電壓作用下，該驅(qū)動器實現(xiàn)定向的步進(jìn)驅(qū)動能力。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器安裝關(guān)系示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0010]參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器由壓電振子1、第一支撐腿2、第二支撐腿3、第一腳支座4和第二腳支座5構(gòu)成，其中:
[0011]所述壓電振子I由彈性基板11和貼在其上下表面的壓電薄片材料12組成;所述第一支撐腿2和第二支撐腿3為矩形薄板結(jié)構(gòu)，大小形狀完全相同;所述第一支撐腿2和第二支撐腿3具有一定的彈性，能夠?qū)崿F(xiàn)小角度的彎曲變形;所述第一支撐腿2—端的端面粘貼在所述壓電振子I第一端的下表面，另一端為自由端;所述第二支撐腿3—端的端面粘貼在所述壓電振子I第二端的下表面，另一端為自由端;所述第一腳支座4為柱體結(jié)構(gòu)，由兩種具有不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)復(fù)合而成，即由第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)41和第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)42對稱粘接而成;所述第二腳支座5的大小、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與所述第一腳支座4完全相同；所述第一支撐腿2的自由端與所述第一腳支座4連接;所述第二支撐腿3的自由端與所述第二腳支座5連接;所述第一腳支座4上的第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)42與所述第二腳支座5上的第二高摩擦系數(shù)材質(zhì)51相對布置。
[0012]工作時，將驅(qū)動器放置在工作平面上，所述第一腳支座4和第二腳支座5與工作平面接觸。在所述壓電振子I上施加交流電壓使其發(fā)生往復(fù)彎曲變形，在變形的過程中，帶動兩個腳支座相互靠近或相互遠(yuǎn)離，腳支座在往復(fù)運動過程中由于摩擦力的存在使得不同摩擦系數(shù)材質(zhì)交替與工作面接觸，因此腳支座正向和逆向運動時滑移距離不同，形成向低摩擦系數(shù)材質(zhì)所在方向的驅(qū)動能力。
【主權(quán)項】
1.一種具有復(fù)合腳支座的定向驅(qū)動器，包括:壓電振子(I)、第一支撐腿(2)、第二支撐腿(3)，其特征在于還包括兩個相同的復(fù)合腳支座，即第一腳支座(4)和第二腳支座(5)，其中:所述壓電振子(I)由彈性基板(11)和貼在其上下表面的壓電薄片材料(12)組成;所述第一支撐腿(2)和第二支撐腿(3)為矩形薄板結(jié)構(gòu)，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿(2)和第二支撐腿(3)具有一定的彈性，能夠?qū)崿F(xiàn)小角度的彎曲變形;所述第一支撐腿(2)—端的端面粘貼在所述壓電振子(I)第一端的下表面，另一端為自由端;所述第二支撐腿(3)—端的端面粘貼在所述壓電振子(I)第二端的下表面，另一端為自由端;所述第一腳支座(4)為柱體結(jié)構(gòu)，由兩種具有不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)復(fù)合而成，即由第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)(41)和第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)(42)對稱粘接而成;所述第二腳支座(5)的大小、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與所述第一腳支座(4)完全相同；所述第一支撐腿(2)的自由端與所述第一腳支座(4)連接;所述第二支撐腿(3)的自由端與所述第二腳支座(5)連接;所述第一腳支座(4)上的第一低摩擦系數(shù)材質(zhì)(42)與所述第二腳支座(5)上的第二高摩擦系數(shù)材質(zhì)(51)相對布置，或所述第一腳支座(4)上的第一高摩擦系數(shù)材質(zhì)(41)與所述第二腳支座(5)上的第二低摩擦系數(shù)材質(zhì)(52)相對布置。
【文檔編號】H02N2/04GK105871248SQ201610416067
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】吳越, 劉慶萍, 任露泉, 王京春, 涂前進(jìn), 宋正義
【申請人】吉林大學(xué)