基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)在柔性太陽(yáng)電池、天線(xiàn)、對(duì)地遙感和深空探測(cè)器等的支撐結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，最為基本功能是要實(shí)現(xiàn)幾個(gè)空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的同步舒張與收縮；目前成熟的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)均采用旋轉(zhuǎn)電磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，由于電磁電機(jī)輸出運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)速較高、出力小，一般需要配合減速器實(shí)現(xiàn)減速、增力的目的，這使得驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，制作成本高；由于電磁電機(jī)本身無(wú)自鎖功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)鎖定的常用方法是給電機(jī)保持一種上電狀態(tài)，這種方式會(huì)帶來(lái)不必要的能源損耗；此外，電磁電機(jī)工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，外部電場(chǎng)的存在也會(huì)影響電機(jī)的正常工作，這使得電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)在應(yīng)用到電磁敏感的場(chǎng)合時(shí)，需要進(jìn)行電磁隔離設(shè)計(jì)，這也會(huì)使得系統(tǒng)變得復(fù)雜而龐大。
[0003]壓電振子是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)工作的共振式驅(qū)動(dòng)器，它通過(guò)壓電元件激勵(lì)定子彈性體的固有振動(dòng)，在彈性體表面特定區(qū)域形成具有驅(qū)動(dòng)作用的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀(guān)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)子的宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)。壓電振子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、低速大轉(zhuǎn)矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、響應(yīng)速度快、斷電自鎖、無(wú)電磁干擾且不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電磁干擾嚴(yán)重、自鎖復(fù)雜的問(wèn)題，提出了一種基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)。
[0005]基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)底座、兩個(gè)出軸套筒、兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)、四個(gè)壓電振子、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸和安裝座，所述底座的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁的中心處均開(kāi)有通孔，且所述兩個(gè)側(cè)壁上的通孔同軸，兩個(gè)出軸套筒固定在所述兩個(gè)通孔內(nèi)，兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)分別固定在所述底座的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁上，四個(gè)壓電振子的末端均通過(guò)安裝座固定在底座內(nèi)部，四個(gè)壓電振子的首端位于同一條直線(xiàn)上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的一端分別與兩個(gè)壓電振子通過(guò)預(yù)緊力緊密連接，另一端穿過(guò)出軸套筒分別與兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)連接。
[0006]有益效果:本發(fā)明的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)通過(guò)給四個(gè)壓電振子上的壓電陶瓷片施加交流電壓，使得振子產(chǎn)生諧振，進(jìn)而在驅(qū)動(dòng)足處形成橢圓軌跡振動(dòng)，當(dāng)任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上的兩個(gè)壓電振子的交流電壓呈半個(gè)周期的相位差時(shí)，通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足和驅(qū)動(dòng)軸端面之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸的步進(jìn)蠕動(dòng)，當(dāng)給施加的電壓信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)足和驅(qū)動(dòng)軸端面之間的靜摩擦力可實(shí)現(xiàn)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的鎖定；同理，通過(guò)給壓電振子上的壓電陶瓷片施加反向的交流電壓，使得振子產(chǎn)生諧振，進(jìn)而在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足處形成反向的橢圓軌跡振動(dòng)，進(jìn)一步通過(guò)驅(qū)動(dòng)足和驅(qū)動(dòng)軸端面之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的反向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)給施加的電壓信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)足和驅(qū)動(dòng)軸外表面之間的靜摩擦力可實(shí)現(xiàn)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的鎖定。
[0007]本發(fā)明的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)通過(guò)壓電振子實(shí)現(xiàn)空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、重量小、斷電自鎖且無(wú)能量消耗、加工裝配十分簡(jiǎn)便、無(wú)電磁干擾、安全性高和易于實(shí)現(xiàn)系列化的突出優(yōu)點(diǎn)。超聲振子由于采用摩擦驅(qū)動(dòng)，無(wú)電磁干擾，也不受電場(chǎng)干擾，有效地克服了傳統(tǒng)電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)所存在的電磁兼容問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的立體圖；
[0009]圖2為圖1的俯視圖；
[0010]圖3為【具體實(shí)施方式】三所述的壓電振子4的立體圖；
[0011 ] 圖4為展開(kāi)機(jī)構(gòu)3舒張狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖5為展開(kāi)機(jī)構(gòu)3收縮狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】所述的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)包括底座1、兩個(gè)出軸套筒、兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)3、四個(gè)壓電振子4、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸5和安裝座2，所述底座I的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁的中心處均開(kāi)有通孔，且所述兩個(gè)側(cè)壁上的通孔同軸，兩個(gè)出軸套筒固定在所述兩個(gè)通孔內(nèi)，兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)3分別固定在所述底座I的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁上，四個(gè)壓電振子4的末端均通過(guò)安裝座2固定在底座I內(nèi)部，四個(gè)壓電振子4的首端位于同一條直線(xiàn)上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸5的一端分別與兩個(gè)壓電振子4通過(guò)預(yù)緊力緊密連接，另一端穿過(guò)出軸套筒分別與兩個(gè)展開(kāi)機(jī)構(gòu)3連接。
[0014]本實(shí)施方式所述的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)中，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸5上連接的兩個(gè)壓電振子4分別采用兩相交流電壓進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)控制兩相電壓之間的相位差來(lái)控制驅(qū)動(dòng)軸5的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)展開(kāi)機(jī)構(gòu)的舒張與收縮。若將驅(qū)動(dòng)信號(hào)斷開(kāi)，該展開(kāi)機(jī)構(gòu)通過(guò)壓電振子與驅(qū)動(dòng)軸外表面之間的靜摩擦力實(shí)現(xiàn)斷電自鎖，并且自鎖過(guò)程中沒(méi)有能量消耗。
[0015]本實(shí)施方式所述的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)充分利用了壓電振子具有低速、大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了展開(kāi)機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)，省略了減速器等中間組件，簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，在降低制作設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，有效提高了可靠性。
[0016]【具體實(shí)施方式】二、結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于，所述安裝座2與底座I通過(guò)螺栓6固定連接。
[0017]【具體實(shí)施方式】三、結(jié)合圖1-圖3說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】與【具體實(shí)施方式】一所述的基于多壓電振子步進(jìn)蠕動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)的空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的區(qū)別在于，每個(gè)壓電振子4均包括金屬基體4-2、多個(gè)壓電陶瓷片4-3、變幅桿4-4和驅(qū)動(dòng)足4_1，所述多個(gè)壓電陶瓷片4-3依次疊加在金屬基體4-2與變幅桿4-4之間，金屬基體4-2的側(cè)面與安裝座2固定連接，變幅桿4-4為截面逐漸變細(xì)的塊體，所述變幅桿4-4的大端連接壓電陶瓷片4-3，變幅桿4-4的小端設(shè)有驅(qū)動(dòng)足4-1，驅(qū)動(dòng)足4-1的側(cè)面與驅(qū)動(dòng)軸5的外表面連接。
[0018]【具體實(shí)施方式】四、本【具體實(shí)施方式】與【