一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法，压电作动器包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足；第一至第四压电元件组对应均匀设置在梁体的四个侧面上；上梁下梁的x个驱动足设置在与轨道接触的一面上，在摩擦的作用下实现作动器的移动。本发明专利技术利用压电激励与摩擦驱动原理实现运载机器人在不同截面下的驱动，利用压电驱动结构简单、紧凑、传动链短的特点，简化整个系统的结构，减少体积和重量，提高可靠性；利用压电驱动控制简便、定位精度高的特点，提高系统的可控性。

A piezoelectric actuator and its working method for rail transportation

【技术实现步骤摘要】
一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法
本专利技术涉及压电驱动技术和运载机器人
，尤其涉及一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法。
技术介绍
随着自动化技术的发展，自动化生产流水线等自动化运输设备已越来越多，目前常见的是步进式运载轨道装置，具有可靠性高，起停和反转响应速度快的特点，随着自动化运载装置在各行各业的应用，对轨道变截面以及小型化提出了要求，现有系统体积和重量较大，可靠性欠缺，可控性和精度都不够。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种用于轨道运输的压电作动器及其工作方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种用于轨道运输的压电作动器，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第四固定块上的通孔和第四调节螺帽螺纹相连，使得第二弹簧的两端分别和第二固定块、第四固定块相抵；所述上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足位于上梁、下梁之间，用于抵住轨道上下表面、在驱动时使得压电作动器沿轨道运动；所述上梁第二压电元件组、上梁第四压电元件组、下梁第二压电元件组、下梁第四压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；所述上梁第一压电元件组、上梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；下梁第一压电元件组、下梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；且上梁第一压电元件组中压电元件的极化方向和下梁第一压电元件组中压电元件的极化方向相反。本专利技术还公开了一种该用于轨道运输的压电作动器的工作方法，包括如下步骤：步骤1），对上梁和下梁的第二压电元件组、第四压电元件组施加第一间谐电压信号，激励出上梁和下梁的反对称面外x阶弯振模态；步骤2），对上梁和下梁的第一压电元件组、第三压电元件组施加第二间谐电压信号，激励出上梁和下梁的对称面内x阶弯振模态；步骤3），调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，此时，上梁和下梁同时激发出两相正交的振动模态，在这两种模态振动耦合的作用下上梁和下梁上的驱动足做椭圆运动，且上梁和下梁的驱动足的椭圆运动轨迹相反，从而在摩擦的作用下驱动压电作动器沿一个方向移动；如果需要压电作动器反向移动，调整第一间谐电压信号、第二间谐电压信号的相位差为-π/2即可。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术利用压电激励与摩擦驱动原理实现运载机器人在不同截面下的驱动，利用压电驱动结构简单、紧凑、传动链短的特点，简化整个系统的结构，减少体积和重量，提高可靠性；利用压电驱动控制简便、定位精度高的特点，提高系统的可控性。附图说明图1是用于轨道运输的压电作动器运动示意图；图2是用于轨道运输的压电作动器装配示意图；图3是上梁、下梁的面外弯振模态时压电元件极化方向的比较示意图；图4是上梁、下梁的面内弯振模态时压电元件极化方向的比较示意图；图5是轨道优化后的结构示意图；图6是用于轨道运输的压电作动器在轨道上的运动状态示意图；图7是调节螺帽和连接螺杆相配合的结构示意图；图8是用于轨道运输的压电作动器的调节原理示意图；图9是上梁、下梁的面外弯振模态的比较示意图；图10是上梁、下梁的面内弯振模态的比较示意图；图11是上梁、下梁的驱动足的椭圆运动轨迹的比较示意图。图中，1-贴片式对称梁压电作动器，2-轨道，3-上梁，4-上梁第二侧面上的压电元件，5-上梁第一侧面上的压电元件，6-第二固定块，7-第二双头螺柱，8-第一弹簧，9-驱动足，10-第一调节螺帽。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1所示，本专利技术公开了一种用于轨道运输的压电作动器，压电作动器套在轨道上移动。如图2所示，用于轨道运输的压电作动器包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于轨道运输的压电作动器，其特征在于，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；/n所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；/n所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；/n所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；/n所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；/n所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；/n所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；/n所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第四固定块上的通孔和第四调节螺帽螺纹相连，使得第二弹簧的两端分别和第二固定块、第四固定块相抵；/n所述上梁的x个驱动足、下梁的x个驱动足位于上梁、下梁之间，用于抵住轨道上下表面、在驱动时使得压电作动器沿轨道运动；/n所述上梁第二压电元件组、上梁第四压电元件组、下梁第二压电元件组、下梁第四压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；/n所述上梁第一压电元件组、上梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；下梁第一压电元件组、下梁第三压电元件组中的压电元件均沿其厚度方向极化，极化方向相同；且上梁第一压电元件组中压电元件的极化方向和下梁第一压电元件组中压电元件的极化方向相反。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于轨道运输的压电作动器，其特征在于，包含上梁、下梁、第一至第四固定块、第一至第二双头螺柱、第一至第二弹簧、以及第一至第四调节螺帽；
所述上梁和下梁均包含梁体、第一至第四压电元件组和x个驱动足，x为大于等于2的自然数；所述梁体包含两个端面和依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述第一压电元件组、第三压电元件组均包含x-1个压电元件，对称均匀设置在梁体的第一侧面、第三侧面上；所述第二压电元件组、第四压电元件组均包含x个压电元件，对称均匀设置在梁体的第二侧面、第四侧面上；
所述上梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第三侧面上、和第三侧面上的压电元件交错设置；下梁的x个驱动足均匀设置在其梁体的第一侧面上、和第一侧面上的压电元件交错设置；
所述第一至第四固定块均呈柱状，且其沿轴线均设有通孔；
所述第一固定块、第二固定块的侧壁通过连接杆和所述上梁的两个端面中心刚性固连，使得第一固定块、第二固定块的两个端面和上梁的第一侧面平行；
所述第三固定块、第四固定块的侧壁通过连接杆和所述下梁的两个端面中心刚性固连，使得第三固定块、第四固定块的两个端面和下梁的第一侧面平行；
所述第一弹簧套在所述第一双头螺柱上，且第一双头螺柱一端穿过第一固定块上的通孔和第一调节螺帽螺纹相连、另一端穿过第三固定块上的通孔和第三调节螺帽螺纹相连，使得第一弹簧的两端分别和第一固定块、第三固定块相抵；
所述第二弹簧套在所述第二双头螺柱上，且第二双头螺柱一端穿过第二固定块上的通孔和第二调节螺帽螺纹相连、另...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，冯浩人，王瑞锋，金家楣，王鑫，郝博，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32