基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器及作动方法.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CN105406757A(43)申请公布日2016.03.16(21)申请号201510929107.9(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李亮苗维凯(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.H02N2/02(2006.01)H02N2/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器及作动方法(57)摘要基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器及作动方法，该作动器由压电粗纤维、弧形板、销钉，滑块、连杆、飞轮、导轨、螺钉和外部框架组成；压电粗纤维粘贴于弧形板上，弧形板两端通过销钉分别与滑块和导轨连接；滑块两端位于导轨内，中部轴与连杆一端连接，连杆另一端与飞轮轴连接；飞轮安装在外部框架上；采用螺钉将导轨固定在外部框架内；滑块-连杆-飞轮构成对心曲柄滑块机构；对压电粗纤维有序地通、断电，压电粗纤维和弧形板一起弯曲、恢复，使滑块往复运动，拉动连杆并驱动飞轮转动；以此实现输出旋转运动和扭矩；本发明作动器，具有抗电磁干扰，持续转动，柔软耐用，体积小，重量轻的特点。CN105406757ACN105406757A权利要求书1/1页1.基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器，其特征在于：包括外部框架(1)，通过螺钉(9)固定在外部框架(1)内上下端的导轨(2)，设置在导轨(2)间并两端放置于导轨凹槽内的滑块(3)，两个弧形板(4)凹面相对放置，其一端通过销钉(8)与导轨(2)连接，另一端通过销钉(8)与滑块(3)连接，两个弧形板(4)上分别粘贴有压电粗纤维(5)；所述滑块(3)中部轴与连杆(6)一端连接；所述连杆(6)另一端与飞轮(7)的偏心轴连接；所述飞轮(7)安装在外部框架(1)外部两侧；所述滑块(3)-连杆(6)-飞轮(7)构成对心曲柄滑块机构。2.根据权利要求1所述基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器，其特征在于：所述飞轮(7)的轴心未与飞轮(7)中心重合，两者之间有预设距离，即就是曲柄滑块机构曲柄的长度。3.根据权利要求1所述基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器，其特征在于：所述弧形板(4)初始形状为圆弧状薄板，表面采用粘贴剂7649促进剂和326结构胶粘贴有压电粗纤维(5)。4.根据权利要求1所述基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器，其特征在于：所述外部框架(1)为薄板结构。5.权利要求1所述基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器的作动方法，其特征在于：开始作动时，压电粗纤维(5)处于弯曲工作模式，给两个压电粗纤维(5)同时通电，压电粗纤维(5)和弧形板(4)一起弯曲，拉动滑块(3)在导轨(2)内移动；滑块(3)中部轴拉动连杆(6)一起运动，作用于飞轮(7)的偏心轴，推动飞轮转动输出扭矩；对压电粗纤维(5)有序地通、断电，压电粗纤维(5)和弧形板(4)一起弯曲、恢复，使滑块(3)往复运动，驱动飞轮(7)持续转动；以此实现输出旋转运动和扭矩。2CN105406757A说明书1/3页基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转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，具体涉及基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器及作动方法。背景技术[0002]压电粗纤维复合材料-MFC(Macrofibercomposite)是一种新型的压电陶瓷材料，相比于传统的压电陶瓷，MFC更柔软、耐用、可靠和易于表面粘贴，能够产生大的变形，且质量轻、厚度薄，对结构的质量和刚度几乎没有影响。其独特的电极和压电纤维布置使得其拥有更高的压电系数和机电耦合系数，可以产生更大的作动力。因此，MFC类作动器在机械、船舶、汽车、土木、航空航天等诸多领域有广阔的应用前景。[0003]由于传统压电材料输出位移为微位移，实现旋转作动，一般采用多个压电堆步进式作动，或电磁驱动转动，且结构复杂、笨重。若要求输出旋转运动和扭矩，同时具有抗电磁干扰，持续转动，柔软耐用，体积小，重量轻等功能时，传统压电或电磁类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压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器及作动方法，具有抗电磁干扰、持续作动、结构轻巧等特点，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]基于压电粗纤维和曲柄滑块机构的旋转作动器，包括外部框架1，通过螺钉9固定在外部框架1内上下端的导轨2，设置在导轨2间并两端放置于导轨凹槽内的滑块3，两个弧形板4凹面相对放置，其一端通过销钉8与导轨2