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CN105915105B - 一种惯性压电驱动器 - Google Patents

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CN105915105B CN201610422408.7A CN201610422408A CN105915105B CN 105915105 B CN105915105 B CN 105915105B CN 201610422408 A CN201610422408 A CN 201610422408A CN 105915105 B CN105915105 B CN 105915105B
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杨志刚
刘庆萍
王京春
王旭
宋正义
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Resonant electromechanical precision technology (Suzhou) Co.,Ltd.
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Jilin University
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Abstract

本发明涉及一种惯性压电驱动器，包括压电振子、质量块、基座和复合悬臂，所述压电振子两端分别固定连接在所述质量块和所述基座上，所述复合悬臂为薄片型结构且由高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料层合构成，所述高摩擦弹性材料的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料的摩擦系数，四个所述复合悬臂布置在基座下表面，压电陶瓷和弹性基板的粘接面与所述基座上表面垂直，所述弹性基板和基座上表面的交线与所述高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料的层合面平行，利用惯性力和复合悬臂两种材料的不同摩擦系数使驱动器产生向前运动，作为一种简单压电驱动装置，可以应用在软体机器人、探测救援、生物医疗等领域，具有结构简单、体积小、适用性强等优点。

Description

一种惯性压电驱动器
技术领域
本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种惯性压电驱动器。
背景技术
随着科学技术的发展，微型驱动技术在超精密机械及其制造、精密测量、生物医疗等学科领域中占据越来越重要的地位，微型驱动器在民用方面也越来越受到关注。压电陶瓷材料具备高精度、响应快、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等优点，因此近年来，对于由此类元件作为驱动源的精密驱动器得到较快发展。然而，现有的压电式微型驱动器结构相对复杂，加工困难，成本较高，并且多为刚性结构，工作时驱动器直接与工作平面刚性接触，对工作环境的要求相对较高、适用性不强，因此设计一种结构简单、环境适用性强的微小型驱动器十分必要。
发明内容
为解决目前微型压电驱动器结构复杂、适用性不强等问题，提出了一种惯性压电驱动器，该驱动器由压电振子、质量块、基座和复合悬臂构成，压电振子的振动带动质量块振动，利用惯性力使整个驱动器定向运动。本发明与目前驱动器相比，利用了惯性力使复合悬臂产生弯曲变形，由于复合悬臂的两种材料的摩擦系数不同，不同材料接触地面时摩擦力不同，摩擦力小位移大，驱动器可朝向摩擦系数较小的材料一侧运动，环境适用性强，避免了刚性接触，并且结构简单。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种惯性压电驱动器，包括压电振子、质量块和基座，其特征在于还包括复合悬臂，其中：所述压电振子两端分别固定连接在所述质量块和所述基座上；所述复合悬臂为薄片型结构且由高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料层合构成，所述高摩擦弹性材料和所述低摩擦弹性材料都为薄片型结构且尺寸相同，所述高摩擦弹性材料的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料的摩擦系数，四个所述复合悬臂布置在基座下表面，所有的所述低摩擦弹性材料面向同一侧；所述压电振子由压电陶瓷和弹性基板粘接构成，所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面与所述基座上表面垂直，所述高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料的层合面与所述弹性基板和基座上表面的交线平行。
所述复合悬臂的数量还可以为M行N列个，M大于等于2，N大于等于2。所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面与所述基座上表面夹角可以不为零，所述低摩擦弹性材料面向所述压电振子的倾斜方向。
工作时，压电振子作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，利用了惯性使复合悬臂产生弯曲变形，又由于复合悬臂的两种材料的摩擦系数不同，不同材料接触地面时摩擦力不同，摩擦力小位移大，驱动器可朝向摩擦系数较小的材料一侧运动。在一个周期内，零到四分之一周期时，压电振子振动，质量块受到压电振子向右的作用力并向右运动，底座受到向左的反作用力并向左运动，复合悬臂弯曲，摩擦系数较大的高摩擦弹性材料接触地面，底座向左运动距离为a，四分之一周期末时驱动器的状态如图3中的上侧图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置；四分之一到四分之三周期时，质量块受到压电振子向左的作用力并向左运动，底座受到向右的反作用力并向右运动，摩擦系数较小的低摩擦弹性材料接触地面，底座向右运动距离为b，四分之三周期末时驱动器的状态如图3中的中间图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置；四分之三到一个周期时，质量块受到压电振子向右的作用力并向右运动，底座受到向左的反作用力并向左运动，摩擦系数较大的高摩擦弹性材料接触地面，底座向左运动距离为c，一个周期末时驱动器的状态如图3中的下侧图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置，由于高摩擦弹性材料的摩擦系数大于低摩擦弹性材料，故高摩擦弹性材料产生的摩擦力大于低摩擦弹性材料产生的摩擦力，故a+c＜b，即底座向右运动的总距离大于向左运动的总距离，驱动器向右运动。
附图说明
图1是本发明一种惯性压电驱动器的装配图。
图2是本发明中复合悬臂的结构示意图。
图3是本发明工作时的运动示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明一种惯性压电驱动器，包括压电振子1、质量块2和基座3，其特征在于还包括复合悬臂4，其中：所述压电振子1两端分别固定连接在所述质量块2和所述基座3上；所述复合悬臂4为薄片型结构且由高摩擦弹性材料41和低摩擦弹性材料42层合构成，所述高摩擦弹性材料41和所述低摩擦弹性材料42都为薄片型结构且尺寸相同，所述高摩擦弹性材料41的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料42的摩擦系数，四个所述复合悬臂4布置在基座3下表面，所有的所述低摩擦弹性材料42面向同一侧；所述压电振子1由压电陶瓷11和弹性基板12粘接构成，所述压电陶瓷11和弹性基板12的粘接面与所述基座3上表面垂直，与所述高摩擦弹性材料41和低摩擦弹性材料42的层合面所述弹性基板12和基座3上表面的交线平行。工作时，压电振子1作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，利用了惯性使复合悬臂4产生弯曲变形，又由于复合悬臂4的两种材料的摩擦系数不同，不同材料接触地面时摩擦力不同，摩擦力小位移大，驱动器可朝向摩擦系数较小的材料一侧运动。

Claims (2)

1.一种惯性压电驱动器，包括压电振子(1)、质量块(2)和基座(3)，其特征在于还包括复合悬臂(4)，其中：
所述压电振子(1)两端分别固定连接在所述质量块(2)和所述基座(3)上；所述复合悬臂(4)为薄片型结构且由高摩擦弹性材料(41)和低摩擦弹性材料(42)层合构成，所述高摩擦弹性材料(41)和所述低摩擦弹性材料(42)都为薄片型结构且尺寸相同，所述高摩擦弹性材料(41)的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料(42)的摩擦系数，四个所述复合悬臂(4)布置在基座(3)下表面，所有的所述低摩擦弹性材料(42)面向同一侧；所述压电振子(1)由压电陶瓷(11)和弹性基板(12)粘接构成，所述压电陶瓷(11)和弹性基板(12)的粘接面与所述基座(3)上表面垂直，所述高摩擦弹性材料(41)和低摩擦弹性材料(42)的层合面与所述弹性基板(12)和基座(3)上表面的交线平行。
2.根据权利要求1所述的一种惯性压电驱动器，其特征在于：所述复合悬臂(4)的数量为M行N列个，M大于等于2，N大于等于2。
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