[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

说明书

技术领域

本发明属于惯性压电作动器技术领域，具体涉及一种钳位力可调切向驱动型含通孔的旋转惯性式压电作动器及作动方法。

背景技术

压电驱动具有体积小、精度高、频率响应高、不发热、易于控制等优点；惯性式压电作动器基于摩擦和惯性冲击原理，可以实现将压电堆微小的单步位移持续输出，同时兼具高精度和大行程的优点。

惯性式压电驱动已被广泛应用于纳米级高精度的直线定位机构、高精度旋转平台、微型机器人、多自由度驱动器等领域；但传统的作动器一般是实心结构，内部不存在通孔，在卫星系统中的光路调节上应用存在缺陷。

惯性式压电作动器一般采用非对称信号、非对称机械夹持或非对称摩擦力的设计，通过惯性冲击实现驱动；采用非对称机械夹持的结构和使用非对称摩擦力设计的结构一般体积较大，设计复杂，装配困难；常用的采用非对称信号控制的机构结构简单，易于实现，但是这一类结构装配好之后驱动机构与运动机构之间的接触面会因为摩擦产生损耗，逐渐降低作动器的精度甚至导致无法作动。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计一种内部存在通孔并且可以实时调整钳位力，从而控制作动器驱动机构与运动机构之间的摩擦力，保证作动器性能不会因为摩擦磨损而降低的旋转式惯性压电作动器及作动方法；在高频率的锯齿波驱动下，作动器可以实现快速响应驱动负载双向旋转；断电情况下能够锁止，保持其位置；并且可以通过钳位力的调节对摩擦损耗进行补偿，保证作动器的性能稳定；此作动器含有通孔，可应用与光路调节，具有结构简单、单步精度高、响应迅速、无限大行程、钳位可调的优点，能够实现断电锁止和驱动负载双向旋转。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钳位力可调切向驱动型旋转惯性式压电作动器，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。

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。

所述第一弹性元件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。