一种蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器 |
|||||||
| 申请号 | CN202110343254.3 | 申请日 | 2021-03-30 | 公开(公告)号 | CN112910306B | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 董景石; 张博闻; 徐智; 刘畅; 曹义; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种蝶泳式二次冲击惯性压电 驱动器 ，包括底座、 导轨 、柔性机构、压电元件、 质量 块 、动子。压电元件基于压电陶瓷的逆 压电效应 ，将 电能 转化为机械能，改变压电陶瓷片模态，使两侧质量块运动，利用惯性原理驱动主质量块运动，模拟蝶泳姿势产生直线位移。利用柔性 铰链 的时滞效应，后质量块产生与主质量块不同步的运动延迟，对机构产生二次冲击效果。易于控制，较易实现大行程运动且具有无 电磁干扰 、结构紧凑、轻巧的特点。目前，在 纳米技术 、光学仪器、微操作领域由良好的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器，其特征在于：通过柔性铰链和质量块产生二次冲击效果，提高驱动效率；包括底座(1)、滑动导轨(2)、主质量块(3)、侧质量块(4)、后质量块(5)、压电元件(6)、柔性铰链(7)、动子(8),主质量块(3)带有两个安装部位用于安装柔性铰链(7)、动子(8)，主质量块(3)两侧伸出梁用来安装压电元件(6)，另外底部还带有四个螺纹孔用以将整个机构安装在滑动导轨(2)上；工作过程中受到电信号的作用，压电元件(6)驱动主质量块(3)、侧质量块(4)、后质量块(5)在滑动导轨(2)产生惯性运动，同时带动固定于主质量块(3)上的动子(8)运动； |
||||||
| 说明书全文 | 一种蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器技术领域背景技术[0002] 压电驱动技术是一种基于压电材料的逆压电效应来控制其机械形变进而输出力和位移的精密驱动技术，具有结构简单、高精确度、高分辨率、抗电磁干扰等特点.压电驱动器主要包括超声压电驱动器与准静态压电驱动器。其中超声压电驱动器工作在超声频段内，需要配备专用的高频电源.。准静态压电驱动器包括惯性压电驱动器和尺蠖压电驱动器等，其中惯性压电驱动器一般采用压电堆叠来驱动抗拉能力较差，且无法工作在共振状态下，效率较低。 [0003] 针对上述问题，需要改进惯性压电驱动器的激振模式，并通过分析驱动器的运动原理对运动过程中能量的再次利用提供方案。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器，解决现有技术上存在的上述问题。本发明利用质量块的惯性原理在压电陶瓷片的模态变化时产生运动，模拟出蝶泳泳姿的运动模型；并且通过柔性铰链连接的后质量块利用柔性铰链的迟滞效应在原有的一次冲击运动的基础上产生延时性的二次冲击运动；同时利用与主质量块连接的滑动导轨的导向作用，实现了直线位移输出效率的提高。本发明提出的蝶泳式惯性压电驱动器解决了惯性压电驱动器的压电叠堆问题，具有结构简单、可工作于共振频率、效率较高等特点。 [0005] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现： [0006] 蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器，通过柔性铰链和质量块产生二次冲击效果，提高驱动效率；包括底座1、滑动导轨2、主质量块3、侧质量块4、后质量块5、压电元件6、柔性机构7、动子8,主质量块3带有两个安装部位用于安装柔性铰链7、动子8，主质量块3两侧伸出梁用来安装压电元件6，另外底部还带有四个螺纹孔用以将整个机构安装在滑动导轨2上；工作过程中受到电信号的作用，压电元件6驱动主质量块3、侧质量块4、后质量块5在滑动导轨2产生惯性运动，同时带动固定于主质量块3上的动子8运动。 [0007] 所述压电元件6安装在主质量块3的伸出梁两侧，伸出梁末端连接两侧质量块，工作过程中受到电信号激励的作用，压电元件6产生模态改变，使两侧质量块产生缓慢向前快速停止的运动，两侧质量块4由于惯性将保持原来状态继续向前，从而带动主质量块3产生惯性运动。 [0008] 所述柔性铰链7固定于主质量块3上，另一端同时固定后质量块5。在运动过程中将主质量块3的运动传递到后质量块5上，由于柔性铰链的时滞效应将使后质量块5产生与主质量块3不同步的延迟，从而使后质量块5产生对机构的二次冲击运动。 [0009] 所述动子8固定于主质量块3上方，在伸出梁上的压电元件6受到电信号激励产生缓慢向前快速停止的模态改变，而与之连接的侧质量块由于惯性将保持原来的运动状态，从而使主质量块克服自身的摩擦力产生向前的运动； [0010] 所述的侧质量块4使机构整体类似蝶泳泳姿的运动模型，利用柔性铰链7将运动传递至后质量块5。由于柔性铰链的时滞效应，后质量块5将在一定的延迟后利用自身的惯性对主质量块3产生二次冲击运动。 [0011] 本发明的有益效果在于：利用压电陶瓷片的形变避免了压电叠堆效率较低，强度较弱的问题；利用柔性铰链的时滞效应产生的二次冲击提高机构的效率；在医疗器械、显微操作和光学仪器领域有较好的应用前景。附图说明 [0012] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。 [0013] 图1为本发明的总体结构示意图 [0014] 图2为本发明的柔性铰链结构示意图 [0015] 图3为本发明的驱动部分结构示意图 [0016] 图4为本发明的压电陶瓷贴片示意图 [0017] 图5为本发明的运动原理图 [0018] 图6为本发明的驱动电信号图 [0019] 图中：1、底座；2、滑动导轨；3、主质量块；4、侧质量块；5、后质量块；6、压电元件；7、柔性铰链；8、动子。 具体实施方式[0020] 下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。 [0021] 参见图1、图2所示，电信号激励压电元件6产生模态改变，从而导致两个侧质量块4运动，对两侧压电元件6输入信号，使侧质量块由于惯性继续保持原有的运动状态，从而使主质量块3向前运动。伸出梁与两侧质量块可以模拟人的手臂，整体机构可以模拟人类蝶泳时的运动状态。利用柔性铰链7的时滞效应，后质量块5产生与主质量块3不同步的延迟运动，进一步冲击主质量块实现第二阶段运动。 [0022] 参见图1、图2所示，压电元件6安装在主质量块3的伸出梁两侧，伸出梁末端连接两侧质量块，工作过程中受到电信号激励的作用，压电元件6产生模态改变，使两侧质量块产生缓慢向前快速停止的运动，两侧质量块4由于惯性将保持原来状态继续向前，从而带动主质量块3产生惯性运动。 [0023] 参见图1、图2所示，柔性铰链7固定于主质量块3上，另一端同时固定后质量块5。在运动过程中将主质量块3的运动传递到后质量块5上，由于柔性铰链的时滞效应将使后质量块5产生与主质量块3不同步的延迟，从而使后质量块5产生对机构的二次冲击运动。 [0024] 参见图3所示，动子8底部有螺纹孔可以安装于质量块3上部，质量块3在固定于底座1的滑轨上滑动，进而驱动动子8作直线运动。 [0025] 参见图4、图5所示，4块压电晶片贴于伸出梁的两侧，对压电晶片输入谐波电信号，压电晶片使伸长梁向前弯曲，两侧质量块4同时向前运动，进一步带动主质量块3向前运动。 |
||||||
