[发明专利]一种磁流变电磁耦合箝位的悬臂式压电二自由度驱动器

说明书

本发明涉及一种磁流变电磁耦合箝位的悬臂式压电二自由度驱动器，属于压电精密驱动技术领域。输出轴上有轴向和垂直轴向布置的两对压电晶片，端部均固接质量块，均采用螺栓固定连接在轴套一和轴套二上，轴套一与轴套二通过螺钉固定在输出轴上，输出轴两端分别安装在绕线盘一和绕线盘二中，绕线盘两端通过端盖和密封圈密封，绕线盘外部绕有电磁线圈，两端的磁流变液控制结构安放在箱体的侧板上，侧板固接在上盖板与下盖板之间。优点是利用磁流变液与电磁线圈耦合实现驱动器的箝位控制，减少了传统意义上的摩擦磨损，提高了驱动器的精度与寿命。

技术领域

本发明属于微小、精密驱动领域。

背景技术

近年来，随着微纳米驱动技术的飞速发展，在生物医学、精密机械、仿生机器人、自动控制、精密测量，精密操作、精密器件、超精密加工等技术领域对微小型机械的驱动要求逐年增加。微纳米级别的驱动技术作为探索微观领域的核心技术，已经成为国内外科研机构、学者的研究热点。传统的精密机械驱动方式一般采用机械结构式，比如精密车床中的丝杆副以及滚动、滑动导轨、精密螺旋楔块机构等，即便是超高精度的机械结构，还是无法避免存在装配间隙、摩擦磨损、爬行等现象，因此传统机械结构式驱动器难以提升精度水平，在这种形式下，发展出了很多新型的驱动方式，如静电吸引式、电磁吸引式、磁致伸缩式、形状记忆合金式和压电式等。压电陶瓷是一种广泛应用在精密驱动领域的智能材料，其具有低能耗、无电磁干扰、响应速度快等优点，以压电材料为驱动元件的驱动器成为近年来精密驱动领域的一个重要分支。

近年来压电精密驱动装置得到广泛研究与应用。压电驱动器根据驱动原理可以分为：直动式压电驱动器、尺蠖式压电驱动器、超声式压电驱动器与惯性式压电驱动器。惯性压电驱动器是将惯性质量块与压电元件共同作用产生的惯性冲击力作为驱动力的驱动装置，其机械结构简单，运动速度较快，形成的驱动运动方式易于控制，而且可以获得大行程的连续运动，可以稳定工作在高频状态，一直是国内外研究的热点。

目前所研制的惯性压电驱动器的工作机理多数是通过电控或者改变机械结构或得力差驱动运动，少数为利用摩擦力控制方式获得力差驱动运动，早期的研究工作主要是通过电信号产生不同的惯性冲击力使机构运动；随着研究工作与科学领域的扩展，为了将新型智能材料引入到精密驱动领域中，提出了利用磁流变效应控制摩擦力的方法，通过改变磁场控制摩擦力实现控制驱动器输出能力。

鉴于上述条件，本发明提出的压电驱动器利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在对称夹持条件下产生相同大小不同方向的的惯性冲击力，当电磁线圈中的产生的磁场，磁场引起磁流变效应，磁流变液对输出轴的阻力根据输入电磁线圈的激励信号可控，当冲击力大于阻力时，输出轴能够运动；当惯性冲击力小于阻力时输出轴无法运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。驱动器的箝位控制装置能根据电磁线圈的激励信号通断，控制阻力，间接控制驱动器的二自由度输出能力，具有良好的可控性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过引入磁流变液与电磁线圈耦合来优化压电驱动器中摩擦力调节装置普遍存在的固体对固体摩擦，以解决常见的压电驱动器因固体对固体产生的摩擦磨损、摩擦力分布不均匀、摩擦力难以定量调节等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：