[发明专利]一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器及其控制方法

权利要求书

1.一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器，其特征在于：包括负载平台(1)、柔顺驱动机构(2)、导轨、滑块(3)、摩擦力调节装置(4)和基座(5)；所述的负载平台(1)、柔顺驱动机构(2)、滑块(3)、导轨和基座(5)自上而下排布；所述的导轨和摩擦力调节装置(4)通过螺钉固定在基座(5)同一平面内；滑块在导轨上运动，导轨背离摩擦力调节装置（4）延伸的方向为正y 向；所述的柔顺驱动机构(2)受到锯齿波电信号的激励作用，根据冲击惯性原理，滑块(3)能沿y向运动；所述的柔顺驱动机构(2)包括六边形柔性铰链(2.1)、压电叠堆(2.2)和预紧楔块(2.3)；惯性质量块Ⅰ(2.1.1)、柔性直梁Ⅰ(2.1.2)、固定梁Ⅰ(2.1.3)、柔性直梁Ⅱ(2.1.4)、惯性质量块Ⅱ(2.1.5)、柔性直梁Ⅲ(2.1.6)、固定梁Ⅱ(2.1.7)和柔性直梁Ⅳ(2.1.9)按顺时针首尾相连排布，组成六边形柔性铰链(2.1)；柔性直梁Ⅳ（2.1.9）和柔性直梁Ⅰ（2.1.2）互相平行并且分别从惯性质量块Ⅰ（2.1.1）中延伸出来，延伸方向与正y向或负y向的夹角呈锐角，另一端分别连接固定梁Ⅱ（2.1.7）和固定梁Ⅰ（2.1.3）；惯性质量块Ⅰ(2.1.1)、柔性直梁Ⅰ(2.1.2)和柔性直梁Ⅳ(2.1.9)与惯性质量块Ⅱ(2.1.5)、柔性直梁Ⅱ(2.1.4)和柔性直梁Ⅲ(2.1.6)关于固定梁Ⅰ(2.1.3)和固定梁Ⅱ(2.1.7)的连线形成的轴对称分布；用于固定柔顺驱动机构(2)的安装孔(2.1.8)设置于固定梁Ⅰ(2.1.3)和固定梁Ⅱ(2.1.7)上；压电叠堆(2.2)通过预紧楔块(2.3)以过盈配合的形式内嵌于惯性质量块Ⅰ(2.1.1)和惯性质量块Ⅱ(2.1.5)间；通电伸长的压电叠堆(2.2)能使柔性直梁Ⅰ(2.1.2)、柔性直梁Ⅱ(2.1.4)、柔性直梁Ⅲ(2.1.6)和柔性直梁Ⅳ(2.1.9)产生弯曲变形并带动惯性质量块Ⅰ(2.1.1)和惯性质量块Ⅱ(2.1.5)沿正y向或负y向移动。

2.根据权利要求1所述的一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器，其特征在于：所述摩擦力调节装置(4)包括L型柔性铰链(4.1)和预紧螺钉(4.2)；所述的L型柔性铰链(4.1)包括固定端(4.1.1)、摩擦足(4.1.2)和柔性调节梁(4.1.3)；通过固定端(4.1.1)将L型柔性铰链(4.1)固定在基座(5)上；所述的预紧螺钉(4.2)通过设置于基座(5)上的螺纹孔与柔性调节梁(4.1.3)弹性接触；所述的摩擦足(4.1.2)与滑块(3)表面接触；通过调整预紧螺钉(4.2)，能改变摩擦足(4.1.2)与滑块(3)间的摩擦力。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

①工作前，调整摩擦力调节装置(4)中的预紧螺钉(4.2)，使其与滑块(3)获得合适的摩擦力；

②向压电叠堆(2.2)输入锯齿型电信号，当电压幅值缓慢增大时，压电叠堆(2.2)逐渐伸长，六边形柔性铰链(2.1)受到拉伸作用，柔性直梁Ⅰ(2.1.2)、柔性直梁Ⅱ(2.1.4)、柔性直梁Ⅲ(2.1.6)和柔性直梁Ⅳ(2.1.9)产生弯曲变形并带动惯性质量块Ⅰ(2.1.1)和惯性质量块Ⅱ(2.1.5)沿正y向或负y向移动；

③当电压幅值急剧减小至0V时，压电叠堆(2.2)迅速收缩，六边形柔性铰链(2.1)快速恢复到初始状态，此时惯性质量块Ⅰ(2.1.1)和惯性质量块Ⅱ(2.1.5)产生正y向或负y向的惯性冲击力，使滑块(3)沿正y向或负y向移动；

④重复以上步骤即可实现稳定的大行程运动，改变惯性质量块Ⅰ(2.1.1)、惯性质量块Ⅱ(2.1.5)质量、调整摩擦力调节装置(4)或改变激励信号能够获得不同输出效果。