基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法.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CN105429507A(43)申请公布日2016.03.23(21)申请号201510926659.4(22)申请日2015.12.12(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁路28号(72)发明人马国亮徐明龙武彤晖周媛高博(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人何会侠(51)Int.Cl.H02N2/12(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法(57)摘要基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法，该作动器由外壳、平面二级位移放大机构、压电堆和扭转轮组成；平面二级位移放大机构放置在外壳内，压电堆放置在平面二级位移放大机构内，扭转轮安装在外壳上，扭转轮中心孔套在平面二级位移放大机构外部菱形环中间轴上；对压电堆通电，压电堆伸长，外部菱形环短轴方向变长，柔性铰链旋转变形，外部菱形环中间轴旋转驱动扭转轮转动一个角度，以此实现输出角位移和扭矩的功能；本发明作动器，具有抗电磁干扰，结构简单，功耗小，转角大，体积小，重量轻的特点。CN105429507ACN105429507A权利要求书1/1页1.基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器，其特征在于：包括外壳(1)，平面二级位移放大机构(2)的两端放置在外壳(1)内侧面的凹槽内；所述平面二级位移放大机构(2)包括内部菱形环(5)，放置在内部菱形环(5)长轴间的压电堆(3)；布置在内部菱形环(5)外并与内部菱形环(5)垂直的外部菱形环(6)，所述外部菱形环(6)的长轴与内部菱形环(5)的短轴同轴；外壳(1)外表面中心孔上安装扭转轮(4)，扭转轮(4)内侧中心孔套在平面二级位移放大机构(2)的外部菱形环(6)的中间轴上，外部菱形环(6)的中间轴与外部菱形环(6)短轴间采用柔性铰链连接。2.根据权利要求1所述的平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器，特征在于：平面二级位移放大机构(2)一级位移放大n倍，二级放大n2倍。3.根据权利要求1所述平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器，其特征在于：平面二级位移放大机构(2)内部菱形环(5)和外部菱形环(6)各边之间为柔性铰链连接。4.权利要求1所述平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器的作动方法，其特征在于：开始作动时，对压电堆(3)通电，压电堆(3)伸长，内部菱形环(5)长轴变长，短轴变短，外部菱形环(6)长轴变短，短轴变长；外部菱形环(6)短轴间的柔性铰链旋转变形，外部菱形环(6)中间轴转动一个角度，驱动扭转轮(4)转动相同角度，以此实现输出角位移和扭矩的功能。2CN105429507A说明书1/2页基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法技术领域[0001]本发明涉及作动器技术领域，具体涉及基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器及作动方法。背景技术[0002]基于逆压电效应制作的压电作动器具有分辨率高、输出力大、响应快、功耗小、结构轻等优点。随着材料制备、加工工艺的进步，新型压电作动器可以满足不同的技术要求。因此，压电材料类作动器在机械、船舶、汽车、土木、航空航天等诸多领域有应用最广泛的智能驱动器件之一。[0003]由于压电材料输出位移为微位移，要实现角位移作动，一般采用多个压电堆步进式作动，电机驱动或者设计传动结构，实现扭转作动。若要求输出输出角位移和扭矩，同时具有抗电磁干扰、结构简单，非步进，功耗小，转角大，体积小，重量轻等功能时，传统压电作动器等难以满足上述所有条件。发明内容[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器，具有抗电磁干扰、结构轻巧，功耗小，转角大等特点，实现输出旋转运动和扭矩的功能。[0005]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0006]基于平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器，包括外壳1，平面二级位移放大机构2的两端放置在外壳1内侧面的凹槽内；所述平面二级位移放大机构2包括内部菱形环5，放置在内部菱形环5长轴间的压电堆3；布置在内部菱形环5外并与内部菱形环5垂直的外部菱形环6，所述外部菱形环6的长轴与内部菱形环5的短轴同轴；外壳1表面中心孔上安装扭转轮4，扭转轮4内侧中心孔套在平面二级位移放大机构2的外部菱形环6的中间轴上，外部菱形环6的中间轴与外部菱形环6短轴间采用柔性铰链连接。[0007]所述平面二级位移放大机构2一级位移放大n倍，二级放大n2倍。[0008]所述平面二级位移放大机构2内部菱形环5和外部菱形环6各边之间为柔性铰链连接。[0009]所述平面二级位移放大机构的压电扭矩作动器的作动方法，开始作动时，对压电堆3通电，压电堆3伸长，内部菱形环