一种自适应变形驱动单元及变形驱动机构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114261507A(43)申请公布日2022.04.01(21)申请号202111584408.4(22)申请日2021.12.23(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人宋晓东牛羽新雷海鸣侯跃张欢(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人张利萍(51)Int.Cl.B64C3/48(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称一种自适应变形驱动单元及变形驱动机构(57)摘要本发明公开的一种自适应变形驱动单元及变形驱动机构，属于变体驱动技术领域。本发明主要目的之一是提供一种自适应变形驱动单元，自适应变形驱动单元将压电堆栈输出的直线位移转化为角度位移，从而实现自适应变形驱动单元角度位移输出，即实现自适应角度变形驱动。本发明主要目的之二是提供一种变形驱动机构，基于所述一种自适应变形驱动单元实现，通过多个自适应变形驱动单元阵列式布局，单元之间通过驱动臂连接，压电堆栈的线位移通过压电变形单元转换成角位移，通过单元阵列式布局实现压电变形单元角度位移的放大叠加，且能够根据需要实现多形态变形驱动。本发明具有简单紧凑、角度变形范围大、响应驱动速度快的优点。CN114261507ACN114261507A权利要求书1/3页1.一种自适应变形驱动单元，其特征在于：将压电堆栈输出的直线位移转化为角度位移，从而实现自适应变形驱动单元角度位移输出，即实现自适应角度变形驱动；所述自适应变形驱动单元主要由主动三角变形机构、从动三角变形机构、连接三角变形机构的第三柔性铰链和T型限位柔性铰链机构、固定端块、压电堆栈、旋转圆柱头、限位挡片组成；所述主动三角变形机构包括第一主动刚性臂、第二主动刚性臂和第一柔性铰链；第一柔性铰链用于连接第一主动刚性臂与第二主动刚性臂；所述从动三角变形机构包括第一从动刚性臂、第二从动刚性臂和第二柔性铰链，第二柔性铰链用于连接第一从动刚性臂与第二从动刚性臂；所述T型限位柔性铰链机构由第一圆弧限位凹槽、第一固定孔位组、支撑杆和两个第四柔性铰链构成；第一主动刚性臂固定在基座上；所述主动三角变形机构和从动三角变形机构两端分别通过第三柔性铰链、T型限位柔性铰链机构连接；固定端块下表面与第一主动刚性臂上表面一体化连接；为了防止变形过程中第一从动刚性臂和第三柔性铰链撞到固定端块，固定端块分别与第一从动刚性臂和第三柔性铰链相隔预定距离；所述压电堆栈的纵截面两端分别与旋转圆柱头粘连，构成压电驱动机构；由于旋转圆柱头采用圆柱形头部设计，能够防止变形过程中压电堆栈受到集中应力，出现表面受力不均匀，造成压电堆栈被破坏；所述压电驱动机构采用过盈配合的方式嵌装到第一圆弧限位凹槽与第二圆弧限位凹槽之间，通过过盈配合使压电堆栈只能输出推力，不承受拉力；第一圆弧限位凹槽与第二圆弧限位凹槽不仅能够对压电驱动机构起到限位作用，同时还能够自动对心，进一步提高变形控制精度；固定在固定端块上的限位挡片对压电驱动机构的一个旋转圆柱头进行限位；固定在T型限位柔性铰链机构上的限位挡片对压电驱动机构的另一个旋转圆柱头进行限位，防止压电驱动机构出现脱槽现象。2.如权利要求1所述的一种自适应变形驱动单元，其特征在于：第一圆弧限位凹槽直径与第二圆弧形限位凹槽直径相等；压电驱动机构与主动三角变形机构构成稳固的三角形，自适应变形驱动单元利用三角形角度扩张原理，当给压电堆栈输入电信号后输出精密的直线位移，推动着整个自适应变形驱动单元发生角度偏转，将给压电堆栈输入的电压信号转化为角度位移，从而实现自适应变形驱动单元角度位移输出，即实现自适应角度变形驱动；主动三角变形机构和从动三角变形机构通过T型限位柔性铰链机构对压电驱动机构施加均匀约束力，进一步避免变形对压电堆栈产生的剪切力，进而提高压电堆栈使用寿命。3.如权利要求1所述的一种自适应变形驱动单元，其特征在于：所述第四柔性铰链为直梁型柔性铰链；为了满足机构变形刚度需求，所述支撑杆的长度小于两个直梁型柔性铰链长度，支撑杆的宽度大于两个直梁型柔性铰链宽度度；所述T型限位柔性铰链机构关于支撑杆中心成轴对称；所述固定端块包括第二圆弧限位凹槽和第二固定孔位组；在满足固定端块刚度需求前提下，对固定端块设有槽以提高固定端块的固有频率。4.如权利要求2所述的一种自适应变形驱动单元，其特征在于：主动三角变形机构、从动三角变形机构与第三柔性铰链、T型限位柔性铰链机构共同围成一个环状结构；所述环状结构选用类菱形环状结构，简化自适应变形驱动单元的同时，压电堆栈驱动截面受力更均匀，进而提高压电堆栈使用寿命；压电堆栈位于类菱形环状结构的长对角线位置，提高位移‑角度放大倍数，进而提高角度变化控制幅度。2