[发明专利]钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器及方法

权利要求书

1.一种钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器，其特征在于：主要零件包括底座(1)、轴承(2)、外壳(17)和两个反对称布置的驱动机构，整个结构具有旋转对称性，内部含有通孔；内圈垫片(15)粘接到轴承(2)的内圈上，通过螺钉固定到底座(1)上；轴承(2)的外圈和外圈垫片(16)粘接，外圈垫片(16)通过螺钉和外壳(17)固定；两个反对称布置的驱动机构包含第一菱形环(3)和第二菱形环(10)以及通过过盈配合分别安装在第一菱形环(3)和第二菱形环(10)内的第一压电堆(4)和第二压电堆(9)；第一菱形环(3)和第二菱形环(10)一端为摩擦端，与轴承(2)的外圈表面通过面接触配合，另一端为固定端，固定端底部凸起，固定在底座(1)上，除了固定端以外的部分悬空，不与底座(1)接触；圆弧状的第一弹性元件(5)和第二弹性元件(11)一端分别与第一菱形环(3)和第二菱形环(10)摩擦端面相对的面接触，另一端分别固定在第一调节块(6)和第二调节块(12)上；第一调节块(6)和第二调节块(12)与分别底座(1)上的第一凸台(7)和第二凸台(13)接触；第一凸台(7)和第二凸台(13)上开有螺纹孔，第一螺钉(8)和第二螺钉(14)分别通过第一凸台(7)和第二凸台(13)上的螺纹孔挤压第一调节块(6)和第二调节块(12)，使第一弹性元件(5)和第二弹性元件(11)产生变形，从而改变第一菱形环(3)和第二菱形环(10)与轴承(2)的外圈之间的正压力，起到调节钳位力的功能。

2.根据权利要求1所述的钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器，其特征在于：所述第一压电堆(4)和第二压电堆(9)在未通电时第一菱形环(3)和第二菱形环(10)的摩擦端与轴承(2)的外圈表面紧密接触，轴承(2)能够承受一定的扭矩，具有断电锁止功能；对第一压电堆(4)和第二压电堆(9)施加锯齿波电压，能够使第一菱形环(3)和第二菱形环(10)推动轴承(2)的外圈旋转，从而带动与外圈固定的外壳(17)旋转，输出位移；通过改变锯齿波的占空比，改变旋转的方向；作动器能够实现顺时针和逆时针双向驱动。

3.根据权利要求1所述的钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器，其特征在于：第一弹性元件(5)和第二弹性元件(11)表面贴有应变片，能够实时测量弹性元件的变形，由此计算得到正压力的准确值，根据需要实时测量并调节钳位力大小。

4.权利要求1所述的钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器的作动方法，其特征在于：未通电时，轴承(2)处于钳位状态，不能随意转动；开始作动时，第一步，同时对第一压电堆(4)和第二压电堆(9)施加缓慢上升的电压，压电堆将沿长度方向即轴承外圈圆周的切向伸长，同时使第一菱形环(3)和第二菱形环(10)沿此方向伸长，此阶段惯性力小于第一菱形环(3)和第二菱形环(10)与轴承(2)的外圈之间的摩擦力，第一菱形环(3)和第二菱形环(10)将带动轴承(2)的外圈顺时针旋转一个较大的角度α；第二步，同时对第一压电堆(4)和第二压电堆(9)施加快速下降的电压，压电堆将沿长度方向快速回缩，带动第一菱形环(3)和第二菱形环(10)回缩，此阶段惯性力大于第一菱形环(3)和第二菱形环(10)与轴承外圈之间的摩擦力，第一菱形环(3)和第二菱形环(10)摩擦端与轴承(2)的外圈之间会产生相对滑动，轴承(2)的外圈几乎不动或沿逆时针旋转一个很小的角度β；两步之后，第一压电堆(4)和第二压电堆(9)回到原位，轴承(2)的外圈顺时针转动的角度为α-β；连续重复第一步和第二步，能够使轴承(2)的外圈顺时针持续转动；改变驱动电压占空比，使第一步的电压快速上升，第二步的电压缓慢下降，能够实现驱动轴承(2)逆时针转动。