[发明专利]基于压电驱动的爬行作动器及其工作方法

说明书

本发明公开了基于压电驱动的爬行作动器及其工作方法，涉及超声、MEMS以及压电技术领域，能够使得作动器能够同时满足尺寸小、反应速度快、能实现转弯运动，以及负载大的特点。本发明包括：第一磷青铜基体、第一压电陶瓷片、第二磷青铜基体、第二压电陶瓷片、连接杆，利用两片压电陶瓷片分别在正弦电压作用下的逆压电效应和基体两脚分别的两边与接触地面形成的60度夹角，造成两脚的两边在压电陶瓷的驱动下产生不同的振动位移，使基体两脚产生朝同一个方向的运动模式。通过控制调节两脚的输入正弦电压值，实现作动器的不同转弯半径，完成预设的行进路径。

技术领域

本发明涉及超声、MEMS以及压电技术领域，尤其涉及基于压电驱动的爬行作动器及其工作方法。

背景技术

作动器是实施振动主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制规律，来对控制对象施加控制力。近年来，在传统的流体作动器、气体作动器和电器作动器的基础上，研究开发出了许多智能型作动器，例如压电陶瓷作动器、压电薄膜作动器、电致伸缩作动器、磁致伸缩作动器、形状记忆合金作动器、伺服作动器和电流变流体作动器等。这些作动器的出现，为实现高精度的振动主动控制提供了必要条件。

随着主动控制要求的提高，作动器需要同时满足尺寸小、反应速度快、能转弯，以及负载大的特点。然而，现有的作动器中，尺寸小则难以满足负载大的需求；反应速度快就难以集成为较小的尺寸。因此，现有作动器的设计难以均衡各项参数的表现，缺乏一种作动器能够同时满足尺寸小、反应速度快、能实现转弯运动，以及负载大的特点。

发明内容

本发明公开了基于压电驱动的爬行作动器及其工作方法，能够均衡作动器的性能，同时满足尺寸小、反应速度快、实现转弯运动，以及负载大的要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于压电驱动的爬行作动器，包括：第一磷青铜基体（1）、第一压电陶瓷片（2）、第二磷青铜基体（3）、第二压电陶瓷片（4）、连接杆（5），第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）形状大小均相同，第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）两端设置有三角形的支脚，三角形支脚与地面接触,能够提高作动器的负载和运动速度；

第一磷青铜基体（1）上安装第一压电陶瓷片（2），第二磷青铜基体（3）上安装第二压电陶瓷片（4）；

第一压电陶瓷片（2）和第二压电陶瓷片（4）形状大小均相同；

第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）通过连接杆（5）连接，连接杆（5）位于第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）的振动节点位置，振动节点位置由仿真计算得出；

连接杆（5）与第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）一体成型。

进一步的,支脚形状为等边三角形,能够驱动自身体重三倍以上的负载。

进一步的,第一压电陶瓷片（2）和第二压电陶瓷片（4）是长方形。

本发明还公开了基于压电驱动的爬行作动器的工作方法，包括:

S1、对第一磷青铜基体（1）施加正弦电压V1，对第二磷青铜基体（3）施加正弦电压V2，第一压电陶瓷片（2）和第二压电陶瓷片（4）在正弦电压的作用下发生形变；

S2、第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）分别带动第一磷青铜基体（1）和第二磷青铜基体（3）产生直线位移；

S3、连接杆（5）将直线位移合成，基于压电驱动的爬行作动器产生位移，实现直线或者转弯的运动模式。

进一步的,当正弦电压V1等于正弦电压V2，基于压电驱动的爬行作动器沿着其长度轴线，向远离连接杆(5)的方向产生位移。

进一步的,当正弦电压V1大于正弦电压V2，基于压电驱动的爬行作动器发生第一合成位移；