采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构制造技术

采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，属于折展机构技术领域。解决了现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高、难于实现两自由运动的问题。它包括压电振子、外套筒、内套筒和两个万向轴承；压电振子包括中间梁、四片纵弯复用压电陶瓷片、四片弯振陶瓷片和两个后端盖，驱动足的两个侧面分别与两个变幅杆的末端面固定连接，后端盖的每个螺柱均套装有两片纵弯复用压电陶瓷片和两片弯振陶瓷片，内套筒套接在外套筒内，后端盖与内套筒固定连接，且压电振子轴线与内套筒轴线平行，驱动足的侧面与外套筒内侧面紧密接触；两个万向轴承的外框架均与内套筒的内侧壁固定连接，万向轴承的转动球与外套筒内侧面紧密接触。应用到折展机构制作上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，属于折展机构

技术介绍
折展机构属于工程机械以及航空航天领域最为常用的一种机构，一般应具有结构简单、折展比大等优点。例如，很多航天器中都会使用大量的折展机构：在航天器发射时，机构出于收回状态，有效减小了航天器的尺寸；航天器进入轨道后，机构展开，开始正常工作。折展机构类型很多，套筒型的折展机构是最为常用的一种。套筒折展机构一般为量级或者多级套筒结构，通过内部套筒相对外部套筒的轴线运动实现展开动作，有时又需要内部套筒绕外部套筒做一定角度的转动。目前，套筒折展机构一般采用电磁电机、减速器、钢丝、转轮等基本元件组成的复杂系统实现展开和收回，结构复杂、重量大，而且电磁电机一般不具备自锁特性，能量损耗大；此外，两自由度套筒折展机构目前都是采用两套驱动系统分别实现直线和旋转驱动，同样存在结构复杂、重量大、能耗高的问题，而且两自由度驱动的实现难度也较大。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高、难于实现两自由运动的问题，本专利技术提供了一种采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构。采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，它包括压电振子、外套筒、内套筒和两个万向轴承；所述压电振子包括中间梁、四片纵弯复用压电陶瓷片、四片弯振陶瓷片和两个后端盖，中间梁包含两个变幅杆和一个驱动足，驱动足的两个侧面分别与两个变幅杆的末端面固定连接，后端盖的一侧中心位置设置有螺柱，所述每个螺柱均套装有两片纵弯复用压电陶瓷片和两片弯振陶瓷片，且该两片弯振陶瓷片靠近后端盖，所述后端盖通过螺柱旋合在变幅杆的首端，并实现纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片的压紧；内套筒套接在外套筒内，压电振子通过后端盖与内套筒固定连接，且压电振子轴线与内套筒轴线平行，压电振子上的驱动足的侧面与外套筒内侧面紧密接触；所述两个万向轴承的外框架均与内套筒的内侧壁固定连接，万向轴承的转动球与外套筒内侧面紧密接触。所述压电振子中的纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片均沿厚度方向极化；每片弯振陶瓷片均是由两个半片压电陶瓷片构成，且每片弯振陶瓷片中的两个半片压电陶瓷片的极化方向相反；每个螺柱上套装的两片弯振陶瓷片极化方向相反，且每个螺柱上靠近纵弯复用压电陶瓷片的弯振陶瓷片的极化方向相同；所述纵弯复用压电陶瓷片分为左右两个半区进行极化，且同一纵弯复用压电陶瓷片上左右两个半区的极化方向相同，每个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片的极化方向相反，每个螺柱上靠近弯振陶瓷片的纵弯复用压电陶瓷片极化方向相同；相邻的纵弯复用压电陶瓷片和弯振陶瓷片之间、纵弯复用压电陶瓷片和变幅杆之间均设置有接地电极片，每个螺柱上套装的两片弯振陶瓷片之间设置有弯振电极片，每个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间设置有两个纵弯复用电极片，且上述的两个纵弯复用电极片分列在两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左右两侧，两个纵弯复用电极片之间留有间隙。采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构中的四片纵弯复用压电陶瓷片、四片弯振陶瓷片的电连接方式有两种：其一、所述所有接地电极片与激励信号公共端连接，所有的弯振电极片与第一相驱动信号连接，所有的纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，第一相驱动信号与第二相驱动信号在时间上具有90度或者-90度的相位差。其二、所述所有接地电极片与激励信号公共端连接，所有弯振电极片与第一相驱动信号连接；一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左侧纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，且一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的右侧纵弯复用电极片与第三相驱动信号连接；另一个螺柱上套装的两片压纵弯复用压电陶瓷片之间的右侧纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，且另一个螺柱上套装的两片纵弯复用压电陶瓷片之间的左侧纵弯复用电极片与第三相驱动信号连接；第一相驱动信号与第二相驱动信号在时间上具有90度或者-90度的相位差，第二相驱动信号与第三相驱动信号之间在时间上具有180度的相位差。本专利技术所述的采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构利用单个压电振子实现内套筒相对外套筒的两自由度直接驱动。其中，压电振子通过自身的偶数阶纵向振动和两个奇数阶弯曲振动的复合实现单足的两自由度驱动(一个是沿外套筒轴线方向的直线运动，另外一个是绕外套筒轴线的转动)。具体工作原理如下：(一)通过给两个弯振电极片施加第一相交流激励信号，弯振压电陶瓷上下两个半区产生反相的伸缩，进而激励出振子竖直方向的弯曲振动，参见图8；通过给四个纵弯复用电极片施加第二相交流激励信号，纵弯复用压电陶瓷左右两个半区产生同步的伸缩，进而激励出振子的纵向振动，参见图7；当超声电机振子的偶数阶纵向振动和奇数阶弯曲振动的谐振频率十分接近时，且纵向振动和弯曲振动在时间上具有90度或者-90度相位差，则可以通过纵振和弯振的复合在驱动足处激发椭圆轨迹的振动，从而保证内套筒在压电振子的推动下可以实现沿外套筒轴线方向的直线运动。(二)通过给两个弯振电极片施加第一相交流激励信号，弯振压电陶瓷上下两个半区产生反相的伸缩，进而激励出振子竖直方向的弯曲振动，参见图8；在一个后端盖至另一个后端盖的方向上，四片纵弯复用压电陶瓷片分别定义为：第一个至第四个纵弯复用压电陶瓷片，四片弯振陶瓷片分别定义为：第一个至第四个弯振陶瓷片，第一个和第二个纵弯复用压电陶瓷片之间左侧的纵弯复用电极片、第三个和第四个压电陶瓷片之间右侧的纵弯复用电极片与第二相驱动信号连接，第一个和第二个纵弯复用压电陶瓷片之间右侧的纵弯复用电极片、第三个和第四个纵弯复用压电陶瓷片之间左侧的纵弯复用电极片与第三相驱动信号连接，且第二相和第三相驱动信号之间具有180度相位差，则纵弯复用压电陶瓷左右两个半区产生反相的伸缩，进而激励出振子水平方向的弯曲振动，参见图9；当两个弯曲振动在时间上具有90度或者-90度相位差，则他们的复合在驱动足处激发椭圆轨迹的振动，从而保证内套筒在压电振子的推动下可以实现绕外套筒轴线方向的转动。本专利技术中，两个万向轴承上的转动球和振子驱动足均与外套筒内侧面紧密接触，实现了内套筒的可靠支撑。本专利技术中，四片纵弯复用压电陶瓷片可以用于激励振子的纵向振动，也可以用于激励振子水平方向的弯曲振动，通过控制施加到四个纵弯复用电极片上的激励信号，可以方便的实现两种振动模态之间的切换，从而实现两个输出驱动方向的切换。本专利技术中，驱动足设置在振子中间部位，该处为偶数阶纵向振动的波腹位置，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，它包括压电振子(1)、外套筒(2)、内套筒(3)和两个万向轴承(4)；其特征在于，所述压电振子(1)包括中间梁(1‑1)、四片纵弯复用压电陶瓷片(1‑2)、四片弯振陶瓷片(1‑3)和两个后端盖(1‑4)，中间梁(1‑1)包含两个变幅杆(1‑1‑1)和一个驱动足(1‑1‑2)，驱动足(1‑1‑2)的两个侧面分别与两个变幅杆(1‑1‑1)的末端面固定连接，后端盖(1‑4)的一侧中心位置设置有螺柱(1‑4‑1)，所述每个螺柱(1‑4‑1)均套装有两片纵弯复用压电陶瓷片(1‑2)和两片弯振陶瓷片(1‑3)，且该两片弯振陶瓷片(1‑3)靠近后端盖(1‑4)，所述后端盖(1‑4)通过螺柱(1‑4‑1)旋合在变幅杆(1‑1‑1)的首端，并实现纵弯复用压电陶瓷片(1‑2)和弯振陶瓷片(1‑3)的压紧；内套筒(3)套接在外套筒(2)内，压电振子(1)通过后端盖(1‑4)与内套筒(3)固定连接，且压电振子(1)轴线与内套筒(3)轴线平行，压电振子(1)上的驱动足(1‑1‑2)的侧面与外套筒(2)内侧面紧密接触；所述两个万向轴承(4)的外框架(4‑1)均与内套筒(3)的内侧壁固定连接，万向轴承(4)的转动球(4‑2)与外套筒(2)内侧面紧密接触。...

【技术特征摘要】
1.采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，它包括压电振子(1)、外套筒(2)、
内套筒(3)和两个万向轴承(4)；
其特征在于，所述压电振子(1)包括中间梁(1-1)、四片纵弯复用压电陶瓷片(1-2)、
四片弯振陶瓷片(1-3)和两个后端盖(1-4)，中间梁(1-1)包含两个变幅杆(1-1-1)和
一个驱动足(1-1-2)，
驱动足(1-1-2)的两个侧面分别与两个变幅杆(1-1-1)的末端面固定连接，后端盖
(1-4)的一侧中心位置设置有螺柱(1-4-1)，所述每个螺柱(1-4-1)均套装有两片纵弯
复用压电陶瓷片(1-2)和两片弯振陶瓷片(1-3)，且该两片弯振陶瓷片(1-3)靠近后端
盖(1-4)，所述后端盖(1-4)通过螺柱(1-4-1)旋合在变幅杆(1-1-1)的首端，并实现
纵弯复用压电陶瓷片(1-2)和弯振陶瓷片(1-3)的压紧；
内套筒(3)套接在外套筒(2)内，压电振子(1)通过后端盖(1-4)与内套筒(3)
固定连接，且压电振子(1)轴线与内套筒(3)轴线平行，压电振子(1)上的驱动足(1-1-2)
的侧面与外套筒(2)内侧面紧密接触；所述两个万向轴承(4)的外框架(4-1)均与内套
筒(3)的内侧壁固定连接，万向轴承(4)的转动球(4-2)与外套筒(2)内侧面紧密接
触。
2.根据权利要求1所述的采用单一压电振子的两自由度套筒折展机构，其特征在于，
所述压电振子(1)中的纵弯复用压电陶瓷片(1-2)和弯振陶瓷片(1-3)均沿厚度方向极
化；每片弯振陶瓷片(1-3)均是由两个半片压电陶瓷片(1-3-1)构成，且每片弯振陶瓷
片(1-3)中的两个半片压电陶瓷片(1-3-1)的极化方向相反；
每个螺柱(1-4-1)上套装的两片弯振陶瓷片(1-3)极化方向相反，且每个螺柱(1-4-1)
上靠近纵弯复用压电陶瓷片(1-2)的弯振陶瓷片(1-3)的极化方向相同；
所述纵弯复用压电陶瓷片(1-2)分为左右两个半区进行极化，且同一纵弯复用压电陶
瓷片(1-2)上左右两个半区的极化方向相同，每个螺柱(1-4-1)上套装的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英想，刘军考，闫纪朋，冯培连，陈维山，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23