一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器，包括：第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座，其中：所述壓電疊堆是由若干個圓形壓電陶瓷片堆疊而成的圓柱體結(jié)構(gòu)；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，對稱粘貼在所述壓電疊堆的兩個圓形底面上；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；所述壓電疊堆通電發(fā)生伸縮變形，致使兩個腳支座上的不同摩擦系數(shù)材質(zhì)與工作面接觸，從而產(chǎn)生定向驅(qū)動能力，該裝置作為驅(qū)動器，主要用于仿生機(jī)器人、探測救援等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于壓電驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合變阻尼定向驅(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，提出了一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器，該驅(qū)動器由第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座構(gòu)成，所述壓電疊堆通電發(fā)生伸縮變形，腳支座往復(fù)運(yùn)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，腳支座往復(fù)運(yùn)動時滑移距離不同，因此形成向低摩擦系數(shù)材質(zhì)所在方向的驅(qū)動能力。本實用新型與現(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，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]本實用新型一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器，包括:第一支撐腿、第二支撐腿、壓電疊堆、第一腳支座和第二腳支座，其中:所述壓電疊堆是由若干個圓形壓電陶瓷片堆疊而成的圓柱體結(jié)構(gòu);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對稱粘貼在所述壓電疊堆的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿和第二支撐腿的長度大于所述壓電疊堆圓底面直徑，在一側(cè)形成伸出端;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；所述第一支撐腿的伸出端與所述第一腳支座通過粘接的方式相連接;所述第二支撐腿的伸出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。在所述壓電疊堆上施加低頻交流電壓使其發(fā)生往復(fù)伸縮變形，帶動兩個支撐腿相互靠近或相互遠(yuǎn)離。在支撐腿移動過程中，腳支座受到與移動方向相反的摩擦力，摩擦力使腳支座相對支撐腿發(fā)生一個微小的扭動，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，如圖4所示。該驅(qū)動器的工作原理示意圖如圖5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)壓電疊堆未通電時，驅(qū)動器呈自然狀態(tài)，兩腳支座未發(fā)生扭動，如圖5中的a所示；當(dāng)壓電疊堆通電伸長時，帶動兩個支撐腿相互遠(yuǎn)離，工作面產(chǎn)生的摩擦力使兩個腳支座相對于支撐腿分別產(chǎn)生一個微小的扭動，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，因此壓電疊堆伸長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5中的b所示；當(dāng)壓電疊堆通電縮短時，帶動兩個支撐腿相互靠近，此時工作面產(chǎn)生的摩擦力方向發(fā)生改變，兩個腳支座相對于支撐腿分別又產(chǎn)生一個微小的反方向扭動，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，因此壓電疊堆縮短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5中的c所示，此時完成一個工作循環(huán)；同理，當(dāng)壓電疊堆通電再次伸長時，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5中的d所示。在壓電疊堆通電伸長和縮短的一個周期內(nèi)，壓電疊堆伸長時第二腳支座發(fā)生較大的滑移，壓電疊堆縮短時第一腳支座發(fā)生較大的滑移，因而在一個周期內(nèi)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是本實用新型一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是本實用新型一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器安裝關(guān)系示意圖。
[0009]圖3是本實用新型復(fù)合腳支座示意圖。
[00?0]圖4是本實用新型復(fù)合腳支座受力扭動示意圖。
[0011 ]圖5是本實用新型一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本實用新型一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器由第一支撐腿1、第二支撐腿2、壓電疊堆3、第一腳支座4和第二腳支座5構(gòu)成，其中:
[0013]所述壓電疊堆3是由若干個圓形壓電陶瓷片31堆疊而成的圓柱體結(jié)構(gòu)；所述第一支撐腿I和第二支撐腿2為矩形薄板結(jié)構(gòu)，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿I和第二支撐腿2對稱粘貼在所述壓電疊堆3的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿I和第二支撐腿2的長度大于所述壓電疊堆3圓底面直徑，在一側(cè)形成伸出端;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I的伸出端與所述第一腳支座4連接;所述第二支撐腿2的伸出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。
[0014]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。在所述壓電疊堆3上施加低頻交流電壓使其發(fā)生往復(fù)伸縮變形，在變形的過程中，左右兩個腳支座上不同摩擦系數(shù)的材質(zhì)分別與工作面接觸，從而產(chǎn)生不同的滑移量，因此產(chǎn)生向低摩擦系數(shù)材質(zhì)所在方向的定向驅(qū)動能力。
【主權(quán)項】
1.一種復(fù)合變阻尼定向驅(qū)動器，包括:第一支撐腿(I)、第二支撐腿(2)、壓電疊堆(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:所述壓電疊堆(3)是由若干個圓形壓電陶瓷片(31)堆疊而成的圓柱體結(jié)構(gòu);所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)為矩形薄板結(jié)構(gòu)，大小形狀完全相同；所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)對稱粘貼在所述壓電疊堆(3)的兩個圓形底面上;所述第一支撐腿(I)和第二支撐腿(2)的長度大于所述壓電疊堆(3)圓底面直徑，在一側(cè)形成伸出端;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(I)的伸出端與所述第一腳支座(4)連接;所述第二支撐腿(2)的伸出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】H02N2/02GK205666766SQ201620571635
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】吳越, 涂前進(jìn), 任露泉, 劉慶萍, 王京春, 宋正義
【申請人】吉林大學(xué)