本發(fā)明屬于精密機械驅(qū)動領(lǐng)域。應(yīng)用于微型機器人驅(qū)動、微小型機械等方面。

背景技術(shù)：

近年來，隨著微納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，在生物醫(yī)學(xué)工程、精密機械、機器人、計算機、自動控制、精密測量、精密器件微制造、超精密加工等技術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ⑿⌒蜋C械的驅(qū)動技術(shù)的需求日益增多。作為微驅(qū)動技術(shù)的核心，微驅(qū)動技術(shù)在這種需求下成為人們關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)精密驅(qū)動主要采用機械式，如精密絲杠副及滾動滑動導(dǎo)軌、精密螺旋楔塊機構(gòu)等，但由于存在間隙、摩擦、爬行等問題，其精度很難滿足要求，在這種條件下發(fā)展出許多新型的驅(qū)動方式，例如靜電吸引式、電磁式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式以及壓電式等。

壓電驅(qū)動的工作原理主要是應(yīng)用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，即當(dāng)壓電體受電場作用時會產(chǎn)生形變，與其他方式相比具有機電轉(zhuǎn)化系數(shù)高、無電磁干擾、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，而柔性壓電纖維可使用在曲面結(jié)構(gòu)上，在新型智能材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

另一方面慣性式壓電驅(qū)動裝置因其在工作行程、分辨率、工作頻率、運動速度、頻率響應(yīng)、制造成本、受壓電元件滯環(huán)蠕變影響程度等方面具有獨特的優(yōu)勢，已經(jīng)發(fā)展成為壓電精密驅(qū)動的一個重要部分?，F(xiàn)有的壓電慣性驅(qū)動裝置多采用非對稱電信號作為激勵信號，但這種驅(qū)動裝置有信號不易于產(chǎn)生、機構(gòu)不容易控制、有較大回退運動等缺點。鑒于目前壓電慣性驅(qū)動裝置所存在的問題，本發(fā)明提出一種基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置，通過控制裝置與接觸面間的摩擦力，使壓電驅(qū)動裝置產(chǎn)生定向運動。具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、器件可靠性高、無電磁干擾、激勵信號易于產(chǎn)生和控制、裝置可控性好等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題是：在電信號激勵下，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)同時伸長變形，驅(qū)動金屬板1(2)帶動質(zhì)量塊(1)擺動，利用質(zhì)量塊(1)產(chǎn)生的慣性沖擊力實現(xiàn)裝置整體的運動。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述的壓電纖維與金屬板采用導(dǎo)電膠并聯(lián)相粘接。

所述的金屬板需要加工出一定弧度，從而使其具有更好的力學(xué)性能，端部加工成螺紋柱以便連接質(zhì)量塊和柔性鉸鏈機構(gòu)。同時質(zhì)量塊(1)具有對應(yīng)的螺紋孔。

所述的金屬板1(2)中部連接壓電纖維，上端連接質(zhì)量塊(1)，下端連接柔性鉸鏈機構(gòu)。

壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)在激勵信號的作用下伸長產(chǎn)生形變，驅(qū)動金屬板1(2)帶動質(zhì)量塊(1)向右擺動，其后輸入反向電信號，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)收縮變形，金屬板2(7)與地面之間產(chǎn)生間隙，質(zhì)量塊(1)獲得向左速度，在慣性作用下裝置整體向左跳動一步。

本發(fā)明所述的基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置通過金屬板和壓電纖維相粘接的設(shè)計，采用對稱波形電信號激勵，有效降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，克服了裝置不容易控制的缺點，達到了裝置定向運動的目的；柔性鉸鏈機構(gòu)作為裝置的底部，在增大質(zhì)量塊(1)行程的同時，起到了調(diào)節(jié)裝置重心的作用，提高了裝置運動的可控性。

附圖說明

圖1為基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置的非運動狀態(tài)時的示意圖；

圖3為基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置的受力彎曲示意圖；

圖4為基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置的向左運動時運動示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置，是一種利用壓電纖維的逆壓電效應(yīng)和慣性驅(qū)動原理驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)運動的新型裝置。如圖1所示，預(yù)彎曲呈一定弧度的金屬板與壓電纖維粘接，并在一端連接質(zhì)量塊，整體構(gòu)成致動器；柔性鉸鏈與粘有壓電纖維的金屬板構(gòu)成跳躍調(diào)節(jié)機構(gòu)。壓電纖維與金屬板之間采用導(dǎo)電膠并聯(lián)粘接。金屬板1(2)加工出一定弧度，端部加工成螺紋柱以便連接質(zhì)量塊(1)和柔性鉸鏈機構(gòu)，質(zhì)量塊(1)具有對應(yīng)的螺紋孔。應(yīng)用線切割加工柔性鉸鏈機構(gòu)，柔性鉸鏈機構(gòu)與金屬板1(2)粘接。

金屬板在粘接壓電纖維時應(yīng)有適當(dāng)?shù)念A(yù)變形，達到增大質(zhì)量塊行程，從而利于儲存動能的目的。柔性鉸鏈2(5)加工出一定弧度并在內(nèi)側(cè)粘接壓電纖維2(6)，運動過程中柔性鉸鏈機構(gòu)可以調(diào)節(jié)裝置的重心位置，增加了裝置運動的可控性。

在運動的過程中，通過對壓電纖維1(3)和壓電纖維2(6)同時輸入激勵信號，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)同時伸長變形，金屬板1(2)帶動質(zhì)量塊(1)緩慢向右擺動，如圖3所示。然后在反向激勵信號作用下，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)快速收縮，金屬板2(7)與地面之間產(chǎn)生間隙，質(zhì)量塊(1)獲得向左的速度，在慣性作用下裝置整體向左跳動一步，如圖4所示，完成一個運動周期后質(zhì)量塊(1)右側(cè)移動，裝置恢復(fù)到原來的狀態(tài)。重復(fù)上述過程可以實現(xiàn)裝置整體向左連續(xù)運動。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于柔性鉸鏈的慣性跳躍壓電驅(qū)動裝置，包括致動器和跳躍調(diào)節(jié)組件。致動器包括：質(zhì)量塊(1)、金屬板1(2)、壓電纖維1(3)，跳躍調(diào)節(jié)組件包括：金屬板2(7)、柔性鉸鏈1(4)、柔性鉸鏈2(5)、壓電纖維2(6)。金屬板兩端分別連接質(zhì)量塊和跳躍調(diào)節(jié)組件，質(zhì)量塊在擺動的過程中產(chǎn)生慣性力，下方的跳躍調(diào)節(jié)組件起到支撐平衡作用。電信號激勵下，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)伸長變形，質(zhì)量塊緩慢向右擺動；然后輸入反向激勵信號，壓電纖維1(3)、壓電纖維2(6)快速收縮，金屬板2(7)與地面間產(chǎn)生間隙，質(zhì)量塊獲得向左的速度，裝置向左跳動，完成一個運動周期后質(zhì)量塊右側(cè)移動，裝置恢復(fù)到初始狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：董景石;劉暢;曹義;朱曉剛;徐智;吳越;楊志剛;趙宏偉
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.23
技術(shù)公布日：2017.08.18