仿生型壓電足式驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于仿生型壓電足式驅(qū)動器，屬于微機(jī)械電子工程領(lǐng)域。在驅(qū)動器主體的兩端對稱設(shè)有驅(qū)動器兩只驅(qū)動足，所述驅(qū)動器的驅(qū)動足由金屬基板、兩個壓電陶瓷晶片一、兩個壓電陶瓷晶片二以及圓柱型摩擦塊組成，金屬基板由橫梁和豎梁組成，金屬基板橫梁一端通過螺釘固接在驅(qū)動器主體上，在金屬基板橫梁的上下面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片一，在金屬基板豎梁的左右面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片二，金屬基板的豎梁的一端固接有圓柱型摩擦塊。優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)新穎，驅(qū)動器的驅(qū)動足能夠模仿動物行走時腿部動作，且驅(qū)動器具有行程大、結(jié)構(gòu)簡單以及控制系統(tǒng)簡單的特點。
【專利說明】仿生型壓電足式驅(qū)動器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微機(jī)械電子工程領(lǐng)域，具體涉及一種壓電足式驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，納米技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中的地位越來越重要。微位移系統(tǒng)的研究受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，各種形式不同的具有精密驅(qū)動、精密測量和精密定位功能的微型驅(qū)動器被陸續(xù)研制開發(fā)出來。由于壓電元件具有體積小、位移分辨率高、頻率響應(yīng)快、無電磁干擾以及無噪聲等特點，因此以此類元件作為驅(qū)動源的壓電微型驅(qū)動器越來越受到人們的關(guān)注。
[0003]目前研制的以壓電元件作為驅(qū)動源的微型驅(qū)動器主要分為以下四類類:壓電超聲波馬達(dá)、直動式壓電驅(qū)動器、步進(jìn)式壓電驅(qū)動器以及慣性沖擊式壓電驅(qū)動器。
[0004]壓電超聲波馬達(dá)的工作原理是借用摩擦傳遞彈性超聲波振動以獲得驅(qū)動動力。如圖1所示，是吉林大學(xué)根據(jù)壓電超聲波馬達(dá)的原理研制一種諧振型壓電式管道內(nèi)移動機(jī)構(gòu)，它包括由在其適當(dāng)位置設(shè)有四個彈性葉片的一塊狹長的矩形基板和壓電陶瓷構(gòu)成。圖中I為矩形基板，2為壓電陶瓷，3為彈性葉片。如圖2所示為該機(jī)構(gòu)的具體運動方式是:對壓電陶瓷施加以諧波信號，假設(shè)壓電陶瓷先朝一個方向彎曲變形時，機(jī)構(gòu)左上角和右下角的彈性葉片處于被“壓緊”的狀態(tài)，機(jī)構(gòu)左下角和右上角的彈性葉片處于被“拉伸”狀態(tài)，機(jī)構(gòu)左上角和右下角的彈性葉片與管道間的摩擦力大于壓電陶瓷產(chǎn)生的驅(qū)動力，因此機(jī)構(gòu)左上角與右下角的彈性葉片與管道的接觸點的位置不動，而機(jī)構(gòu)左上角和右下角的彈性葉片與管道間的摩擦力小于壓電陶瓷產(chǎn)生的驅(qū)動力，因此機(jī)構(gòu)左上角與右下角的彈性葉片與管道的接觸點的位置向左移動，圖2中虛線表示運動前彈性葉片的位置；當(dāng)作用在壓電陶瓷的諧波信號反向時，壓電陶瓷會朝著與之前變相反的方向運動，則左下角和右上角的彈性葉片與管道接觸點的位置不動，而左上角與右下角的彈性葉片與管道接觸點的位置向左移動。這樣機(jī)構(gòu)就在管道內(nèi)能夠朝著一個方向移動。這類根據(jù)壓電超聲波馬達(dá)的工作原理設(shè)計的微型驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有無電磁干擾、響應(yīng)速度快以及結(jié)構(gòu)簡單的特點，但這類機(jī)構(gòu)的傳動效率低，使用壽命短。
[0005]直動式壓電驅(qū)動器通常采用壓電驅(qū)動元件與柔性鉸鏈相結(jié)合的方式，利用柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)放大或縮小壓電驅(qū)動元件位移輸出，以獲得所需要位移的一種驅(qū)動器。但是這類驅(qū)動器存在行程小的缺點。
[0006]步進(jìn)式壓電驅(qū)動器又稱為蠕動式壓電驅(qū)動器，是將壓電體的微小振動位移經(jīng)過某種方式轉(zhuǎn)換后即可形成連續(xù)的或步進(jìn)的精密位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)。 步進(jìn)式壓電驅(qū)動器與直動式壓電驅(qū)動器相比可以實現(xiàn)更大的行程，但這類驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工較為困難，并且需要多路信號配合實現(xiàn)控制。
[0007]慣性沖擊式壓電驅(qū)動器根據(jù)動量定理，是通過慣性質(zhì)量塊和壓電元件相互作用，產(chǎn)生慣性沖擊力作為驅(qū)動力，與摩擦力配合實現(xiàn)驅(qū)動作用的驅(qū)動器。如中國專利201220230938.9，提出利用對稱信號激勵壓電晶片通過非對稱夾持機(jī)構(gòu)形成不同的慣性沖擊力，與接觸面之間的摩擦力共同作用實現(xiàn)驅(qū)動器的定向運動?？梢詫崿F(xiàn)驅(qū)動器的高精度，大行程目標(biāo)的特點，但是此類驅(qū)動器對其與接觸面的摩擦力要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種仿生型壓電足式驅(qū)動器，以解決上述驅(qū)動器存在的傳動效率低、行程小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:在驅(qū)動器主體的兩端對稱設(shè)有驅(qū)動器兩只驅(qū)動足，所述驅(qū)動器的驅(qū)動足由金屬基板、兩個壓電陶瓷晶片一、兩個壓電陶瓷晶片二以及圓柱型摩擦塊組成，金屬基板由橫梁和豎梁組成，金屬基板橫梁一端通過螺釘固接在驅(qū)動器主體上，在金屬基板橫梁的上下面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片一，在金屬基板豎梁的的左右面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片二，金屬基板的豎梁的一端固接有圓柱型摩擦塊。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:結(jié)構(gòu)新穎，驅(qū)動器的驅(qū)動足能夠模仿動物行走時腿部動作，且驅(qū)動器具有行程大、結(jié)構(gòu)簡單以及控制系統(tǒng)簡單的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種諧振型壓電式管道內(nèi)移動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種諧振型壓電式管道內(nèi)移動機(jī)構(gòu)的運動過程簡圖；
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的剖視圖；
圖5為本發(fā)明的一只驅(qū)動足工作流程圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖3和圖4所示，在驅(qū)動器主體I的兩端對稱設(shè)有驅(qū)動器兩只驅(qū)動足，所述驅(qū)動器的驅(qū)動足由金屬基板3、兩個壓電陶瓷晶片一 4、兩個壓電陶瓷晶片二 5以及圓柱型摩擦塊6組成，金屬基板3由橫梁和豎梁組成，金屬基板3橫梁一端通過螺釘2固接在驅(qū)動器主體I上，在金屬基板3橫梁的上下面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片一 4，在金屬基板3豎梁的的左右面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片二 5，金屬基板3的豎梁的一端固接有圓柱型摩擦塊6。
[0013]工作方式:
驅(qū)動器工作時，作用在壓電陶瓷晶片一 4和壓電陶瓷晶片二 5上的驅(qū)動電場信號的周期相同，作用在壓電陶瓷晶片一 4的驅(qū)動電場信號的初相位比作用在壓電陶瓷二 5的驅(qū)動電場信號的初相位大π/4。
[0014]如圖5所示，在驅(qū)動電場的作用下，首先壓電陶瓷一 4向上彎曲，然后壓電陶瓷二5再向左彎曲，圓柱型摩擦塊離開了地面，驅(qū)動器保持不動，驅(qū)動器模的驅(qū)動足模仿了動物行走時大腿先抬起，小腿再向前邁的動作；驅(qū)動電場反向后，接著壓電陶瓷晶片一 4向下彎曲，最后壓電陶瓷晶片二 5右彎曲，圓柱型摩擦塊緊貼著地面且并相對地面向右運動，地面提供給供驅(qū)動器一個向左的反作用力，使得驅(qū)動器向左運動，驅(qū)動器的驅(qū)動足模仿了動物行走時大腿先放下，小腿再后蹬的動作。
[0015]如果作用在壓電陶瓷晶片一 4的驅(qū)動電信號保持不變，將作用在壓電陶瓷晶片二5的驅(qū)動電信號反向，驅(qū)動器向右運動。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生型壓電足式驅(qū)動器，其特征在于:在驅(qū)動器主體的兩端對稱設(shè)有驅(qū)動器兩只驅(qū)動足，所述驅(qū)動器的驅(qū)動足由金屬基板、兩個壓電陶瓷晶片一、兩個壓電陶瓷晶片二以及圓柱型摩擦塊組成，金屬基板由橫梁和豎梁組成，金屬基板橫梁一端通過螺釘固接在驅(qū)動器主體上，在金屬基板橫梁的上下面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片一，在金屬基板豎梁的的左右面對稱粘有兩個壓電陶瓷晶片二，金屬基板的豎梁的一端固接有圓柱型摩擦塊。
【文檔編號】H02N2/00GK103475261SQ201310437905
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】程光明, 李新輝, 李曉旭, 胡意立, 溫建明, 闞君武, 張忠華, 曾平 申請人:浙江師范大學(xué)