一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器，包括：第一篏位結(jié)構(gòu)、第一壓電振子、伸縮結(jié)構(gòu)、第二壓電振子、第二篏位結(jié)構(gòu)和液體，各篏位結(jié)構(gòu)與伸縮結(jié)構(gòu)由柱形的軟體隔膜構(gòu)成，其內(nèi)部充滿液體，壓電振子布置于篏位結(jié)構(gòu)與伸縮結(jié)構(gòu)之間，當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡釉陔妷鹤饔孟掳l(fā)生彎曲回復(fù)變形時(shí)，第一篏位機(jī)構(gòu)上的厚度減少區(qū)發(fā)生往復(fù)變形，篏位結(jié)構(gòu)的摩擦力發(fā)生周期性變化，結(jié)合伸縮結(jié)構(gòu)的伸縮變形，形成整機(jī)向第一篏位結(jié)構(gòu)方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)诙弘娬褡影l(fā)生彎曲回復(fù)變形時(shí)，則形成整機(jī)向第二篏位結(jié)構(gòu)方向的運(yùn)動(dòng)，通過使用壓電材料構(gòu)成軟體驅(qū)動(dòng)器，解決了目前軟體驅(qū)動(dòng)器所采用功能材料無(wú)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的問題。
【專利說明】一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微小型機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]軟體驅(qū)動(dòng)器是一種輸出端為軟體結(jié)構(gòu)的位移或力輸出裝置，是構(gòu)成柔性機(jī)器人或軟體機(jī)器人的核心部件，用于多在多變環(huán)境特別是在狹窄空間、形狀復(fù)雜通道及界面多變環(huán)境中提供穩(wěn)定的定向驅(qū)動(dòng)能力，在軍事偵察、災(zāi)難救援、科學(xué)探測(cè)和生化醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是軟體結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器，具有通過能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的軟體驅(qū)動(dòng)器一般采用功能材料和氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力原件小型化存在困難，因此一般采用包括形狀記憶合金、電火星聚合物等功能材料作為動(dòng)力源，這些類型的功能材料目前還都未進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，限制了軟體驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決目前軟體驅(qū)動(dòng)器所采用材料無(wú)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)問題，提出了一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器裝置，該裝置利用壓電材料作為驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力源，壓電材料是一種已經(jīng)大規(guī)模供應(yīng)市場(chǎng)的功能材料，但由于其屬于脆性材料且剛度較大，以往并未應(yīng)用于軟體驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，本實(shí)用新型利用傳動(dòng)液體將壓電振子的位移放大同時(shí)傳遞給軟體輸出端結(jié)構(gòu)，由軟體輸出端輸出位移與力，形成軟體結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器在界面上輸出位移運(yùn)動(dòng)的能力，可有效發(fā)揮壓電材料的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)，同時(shí)克服其剛度大難以形成軟體驅(qū)動(dòng)器的不足。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]本實(shí)用新型一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器總體呈柱狀結(jié)構(gòu)，包括:第一篏位結(jié)構(gòu)、第一壓電振子、伸縮結(jié)構(gòu)、第二壓電振子、第二篏位結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)液體，其中:所述第一篏位結(jié)構(gòu)為一柱體結(jié)構(gòu)，由軟體隔膜和傳動(dòng)液體構(gòu)成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側(cè)面的軟體隔膜上布置有與其內(nèi)部腔體連通的第一篏位過流孔和第二篏位過流孔，所述傳動(dòng)液體通過第二篏位過流孔注入，內(nèi)部氣體從第一篏位過流孔排出，內(nèi)部充滿傳動(dòng)液體后用膠水密封第一篏位過流孔和第二篏位過流孔，其特點(diǎn)為在所述第一篏位結(jié)構(gòu)主體側(cè)面的軟體隔膜處布置至少一處環(huán)形厚度減少區(qū)，第二篏位結(jié)構(gòu)與第一篏位結(jié)構(gòu)相同；所述伸縮結(jié)構(gòu)為一中間收縮的圓柱狀結(jié)構(gòu)，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結(jié)構(gòu)，圓柱側(cè)面靠近端面處布置至少兩個(gè)過流孔，第一伸縮過流孔和第二伸縮過流孔，注入傳動(dòng)液體完成后采用膠水密封各過流孔；所述第一篏位結(jié)構(gòu)柱體的第一端面與所述伸縮結(jié)構(gòu)的第一端面之間布置第一壓電振子，三者通過膠水粘接；第二篏位結(jié)構(gòu)的第一端面與所述伸縮結(jié)構(gòu)的第二端面間布置第二壓電振子，三者通過膠水粘接。
[0006]所述伸縮結(jié)構(gòu)的收縮部分采用波紋管結(jié)構(gòu)或采用螺紋管結(jié)構(gòu)。所述壓電振子是一個(gè)壓電薄片和彈性基板構(gòu)成的單晶片壓電振子，或是兩個(gè)壓電薄片和彈性基板構(gòu)成的雙晶片壓電振子。
[0007]參照?qǐng)D1，工作時(shí)，有兩種工作狀態(tài)，第一種是向第一篏位結(jié)構(gòu)方向運(yùn)動(dòng)稱為前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，第二種是向第二篏位機(jī)構(gòu)方向運(yùn)動(dòng)稱為后退運(yùn)動(dòng)。壓電振子在交變電壓的作用下會(huì)發(fā)生彎曲回復(fù)變形，第一壓電振子在電壓的作用下發(fā)生中心指向向第一篏位結(jié)構(gòu)的彎曲變形，第一篏位結(jié)構(gòu)被壓縮，內(nèi)部壓力增加，厚度減小區(qū)產(chǎn)生向外突出的變形，該變形導(dǎo)致篏位機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)界面間的摩擦力增加，與此同時(shí)，伸縮結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力減小，發(fā)生縮短的變形，所述的縮短變形帶動(dòng)第二篏位機(jī)構(gòu)向第一篏位機(jī)構(gòu)方向運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)距離為2h，當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡幼冃位貜?fù)時(shí)，篏位機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)界面件的摩擦力減小，同時(shí)伸縮結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力增大，發(fā)生伸縮變形，所述的伸縮變形向第一篏位結(jié)構(gòu)方向和第二篏位結(jié)構(gòu)方向的變形量相同各為h，在上述的一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)軟體位移驅(qū)動(dòng)器向第一篏位結(jié)構(gòu)方向即前進(jìn)方向移動(dòng)距離h。當(dāng)?shù)诙弘娬褡影l(fā)生向第二篏位結(jié)構(gòu)方向的彎曲與回復(fù)變形時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)軟體位移驅(qū)動(dòng)器向第二篏位結(jié)構(gòu)方向即后退方向移動(dòng)距離h。當(dāng)工作界面的條件發(fā)生改變時(shí)，摩擦力的情況會(huì)發(fā)生變化，該驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的實(shí)際移動(dòng)距離會(huì)小于h。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本實(shí)用新型一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程初始階段示意圖。
[0010]圖3是本實(shí)用新型一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程收縮篏位階段示意圖。
[0011]圖4是本實(shí)用新型一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程伸展釋放階段示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器由第一篏位結(jié)構(gòu)1、第一壓電振子2、伸縮結(jié)構(gòu)3、第二壓電振子4、第二篏位結(jié)構(gòu)5和傳動(dòng)液體6構(gòu)成，其中:
[0013]所述第一篏位結(jié)構(gòu)I為一圓柱體結(jié)構(gòu)，由軟體隔膜11和內(nèi)部的傳動(dòng)液體6構(gòu)成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側(cè)面的軟體隔膜11上布置有與其內(nèi)部腔體連通的第一篏位過流孔111和第二篏位過流孔112，所述傳動(dòng)液體6通過第二篏位過流孔112注入，內(nèi)部氣體從第一篏位過流孔111排出，內(nèi)部充滿傳動(dòng)液體6后第一篏位過流孔111和第二篏位過流孔112采用膠水密封，在主體側(cè)面的軟體隔膜11處布置一處厚度減少區(qū)113，第二篏位結(jié)構(gòu)與第一篏位結(jié)構(gòu)相同；
[0014]所述伸縮結(jié)構(gòu)3為一中間收縮的圓柱狀結(jié)構(gòu)，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結(jié)構(gòu)31，圓柱側(cè)面靠近端面處布置第一伸縮過流孔321，第二伸縮過流孔322，第三伸縮過流孔323和第四伸縮過流孔324，傳動(dòng)液體6從第四伸縮過流孔324處注入，其余伸縮過流孔排出空氣，注入傳動(dòng)液體6完成后采用膠水密封各過流孔；
[0015]所述第一篏位結(jié)構(gòu)I柱體的第一端面12與所述伸縮結(jié)構(gòu)3的第一端面32之間布置第一壓電振子2，三者通過膠水粘接；第二篏位結(jié)構(gòu)5的第一端面52與所述伸縮結(jié)構(gòu)3的第二端面33間布置第二壓電振子4，三者通過膠水粘接；
[0016]所述壓電振子2和壓電振子4具有相同結(jié)構(gòu)，壓電振子2可以由一片壓電材料薄片21與彈性基板22粘接形成，也可以采用兩片壓電材料薄片21與彈性基板22粘接形成。
[0017]如圖2、圖3和圖4所示，工作時(shí)，對(duì)第一壓電振子2施加交變電壓實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)第二壓電振子4施加交變電壓實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器的后退運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器，包括:第一篏位結(jié)構(gòu)(I)、第一壓電振子(2)、伸縮結(jié)構(gòu)(3)、第二壓電振子(4)、第二篏位結(jié)構(gòu)(5)和傳動(dòng)液體(6)，其中:所述第一篏位結(jié)構(gòu)(I)為一柱體結(jié)構(gòu)，由軟體隔膜(11)和傳動(dòng)液體(6)構(gòu)成，軟體隔膜由橡膠材料制成，主體側(cè)面的軟體隔膜(11)上布置有與其內(nèi)部腔體連通的第一篏位過流孔(111)和第二篏位過流孔(112)，所述傳動(dòng)液體(6)通過第二篏位過流孔(112)注入，內(nèi)部氣體從第一篏位過流孔(111)排出，內(nèi)部充滿傳動(dòng)液體(6)后用膠水密封第一篏位過流孔(111)和第二篏位過流孔(112)，其特點(diǎn)為在所述第一篏位結(jié)構(gòu)(I)主體側(cè)面的軟體隔膜(11)處布置至少一處環(huán)形厚度減少區(qū)(113)，第二篏位結(jié)構(gòu)(5)與第一篏位結(jié)構(gòu)(I)相同；所述伸縮結(jié)構(gòu)(3)為一中間收縮的圓柱狀結(jié)構(gòu)，由橡膠材料制成，中間收縮部分截面減小，其收縮部分采用波紋管結(jié)構(gòu)(31)，圓柱側(cè)面靠近端面處布置至少兩個(gè)過流孔，第一伸縮過流孔(321)和第二伸縮過流孔(322)，注入傳動(dòng)液體(6)完成后采用膠水密封各過流孔；所述第一篏位結(jié)構(gòu)(I)柱體的第一端面(12)與所述伸縮結(jié)構(gòu)(3)的第一端面(32)之間布置第一壓電振子(2)，三者通過膠水粘接；第二篏位結(jié)構(gòu)(5)的第一端面(52)與所述伸縮結(jié)構(gòu)(3)的第二端面(32)間布置第二壓電振子(4)，三者通過膠水粘接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述伸縮結(jié)構(gòu)(3)的收縮部分采用波紋管結(jié)構(gòu)(31)或采用螺紋管結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動(dòng)式軟體位移驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述壓電振子(2)和壓電振子(4)是一個(gè)壓電薄片(21)和彈性基板(22)構(gòu)成的單晶片壓電振子，或是兩個(gè)壓電薄片(21)和彈性基板(22)構(gòu)成的雙晶片壓電振子。
【文檔編號(hào)】H02N2/04GK203984273SQ201420279096
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】吳越, 楊志剛, 董景石, 沈燕虎, 焦曉陽(yáng) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)