[发明专利]钳位力可调节的直线式惯性压电作动器及作动方法

权利要求书

1.一种钳位力可调节的直线式惯性压电作动器，其特征在于：包括下框架(5)，固连在下框架(5)底部的导轨(4)，设置在导轨(4)上并通过底部滑块与导轨(4)接触的输出杆(3)，设置在输出杆(3)上的双菱形串联驱动机构(2)，两端套接在下框架(5)内并两端底部压接在双菱形串联驱动机构(2)两端的上框架(1)；所述双菱形串联驱动机构(2)包含串联双菱形环(13)，其内部分别沿输出杆(3)的轴向过盈配合有左压电堆(12)和右压电堆(7)，串联双菱形环(13)的串联衔接处设置有摩擦块(6)，摩擦块(6)底部突出于串联双菱形环(13)，使输出杆(3)上表面仅与双菱形串联驱动机构(2)中的摩擦块(6)接触，摩擦块(6)顶部设置有对称圆弧状弹性元件(11)，对称圆弧状弹性元件(11)顶端粘结有调节块(8)，调节块(8)顶部与上框架(1)底部相接触，上框架(1)与调节块(8)接触位置处开孔并设置有调节正压力所需的螺帽(10)和螺杆(9)；当上框架(1)分别与双菱形串联驱动机构(2)两端和下框架(5)固定安装后，旋转螺帽(10)，输出杆(3)上表面和摩擦块(6)间的正压力便由穿过上框架(1)且端面作用于调节块(8)的螺杆(9)调节。

2.根据权利要求1所述的钳位力可调节的直线式惯性压电作动器，其特征在于：所述左压电堆(12)和右压电堆(7)均处于断电时，输出杆(3)与摩擦块(6)之间紧密接触并存在静摩擦力，此时输出杆(3)能够承受一定外载，在断电情况下达到可靠的钳位。

3.根据权利要求1所述的钳位力可调节的直线式惯性压电作动器，其特征在于：所述弹性元件(11)外壁贴有电阻式应变计构成惠斯通全桥，输出杆(3)与摩擦块(6)间的正压力通过螺帽(10)螺杆(9)调节过程中，能够通过电阻式应变计测得弹性元件(11)变形，换算出正压力的准确数值，从而得到作动器的钳位力，这样能够根据需要实时测量并调节钳位力。

4.权利要求1所述的钳位力可调节的直线式惯性压电作动器的作动方法，其特征在于：未通电时，输出杆(3)处于钳位状态；开始作动时，第一步，同时对左压电堆(12)和右压电堆(7)施加初始平衡电压，此时两者相对，作用力相互抵消，摩擦块(6)处于原位并与输出杆(3)保持相对静止；第二步，缓慢地对左压电堆(12)从初始平衡电压降电压直至断电，同时缓慢地对右压电堆(7)从初始平衡电压升电压直至满行程电压，此时摩擦块(6)被缓慢地带动向左压电堆(12)方向移动，由于摩擦块(6)与输出杆(3)间的静摩擦力大于输出杆(3)随摩擦块(6)一起移动所需的惯性力，输出杆(3)能够随摩擦块(6)移动并驱动负载向左一步；第三步，迅速地对左压电堆(12)从断电状态升电压直至初始平衡电压，同时迅速地对右压电堆(7)从满行程电压降电压直至初始平衡电压，此时摩擦块(6)被迅速地带动回归原位，由于摩擦块(6)与输出杆(3)间的静摩擦力远小于输出杆(3)随摩擦块(6)一起移动所需的惯性力，且该过程时间足够短暂，输出杆(3)会基本保持不动，这样就实现了输出杆(3)向左的一次完整移动；重复第二、三步，能够使输出杆(3)连续向左驱动负载，当驱动完成后，同时对左压电堆(12)和右压电堆(7)断电，输出杆(3)恢复钳位状态；同样地，交换左压电堆(12)和右压电堆(7)的通电方式，输出杆(3)能够连续向右驱动负载，以此实现电控方式下的双向惯性作动。