多足蠕动驱动型套筒折展机构

摘要

多足蠕动驱动型套筒折展机构，属于折展机构技术领域。为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高的问题。本发明包括压电驱动器、内套筒、导轨和外套筒；压电驱动器包括六个驱动足、三个下端压电陶瓷组、竖直陶瓷组、三个上端陶瓷组和两个安装座；竖直陶瓷组上下两个端面分别连接一个安装座，三个下端压电陶瓷组安装在下端面的安装座的侧面，三个上端陶瓷组安装在上端面的安装座的侧面；每个下端压电陶瓷组和每个上端陶瓷组的末端各固定连接一个驱动足，六个驱动足的末端面均与外套筒的内表面紧密接触；上端面的安装座上端与内套筒一端固定连接；导轨设置在内套筒和外套筒之间，限制内套筒绕外套筒的转动自由度。本发明用于折展机构制作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电驱动型套筒折展机构，属于折展机构技术领域。

背景技术

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。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。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。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高的问题，本发 明提供一种多足蠕动驱动型套筒折展机构。

本发明的多足蠕动驱动型套筒折展机构，所述折展机构包括压电驱动器、内套筒、导 轨和外套筒；

压电驱动器包括两个安装座、三个下端压电陶瓷组、竖直陶瓷组、三个上端陶瓷组、 六个柔性铰链和六个驱动足；

竖直陶瓷组的上下两个端面分别与一个安装座固定连接；下端面的安装座的侧面安装 有三个柔性铰链，所述三个柔性铰链上各设置有一个下端压电陶瓷组剩余的三个柔性铰链 安装在上端面的安装座的侧面，所述剩余的三个柔性铰链上各设置有一个上端压电陶瓷 组；六个柔性铰链的末端各设置有一个驱动足，六个驱动足的末端面均与外套筒的内表面 紧密接触；上端面的安装座上端与内套筒一端固定连接；导轨设置在内套筒和外套筒之间， 限制内套筒绕外套筒的转动自由度。

所述压电驱动器的六个驱动足与外套筒接触处的曲率和外套筒内壁半径相同。

所述三个下端压电陶瓷组和三个上端陶瓷组的轴线均与竖直陶瓷组的轴线垂直。

所述三个下端压电陶瓷组中相邻两个下端压电陶瓷组的夹角为120度，三个上端陶瓷 组中相邻两个上端陶瓷组的夹角为120度。

上端面的安装座与内套筒的连接方式为螺纹连接或者销连接。

本发明的有益效果在于，本发明的多足蠕动驱动型套筒折展机构利用了压电驱动器力 (矩)密度大、无需减速和运动转换机构的优点，能够大大简化套筒折展机构的驱动装置， 有效减小套筒展开机构的重量，并且无需润滑，更加适应空间工作环境；具有结构简单、 重量轻、能量损耗低等优点，且加工装配十分简便。

附图说明

图1是具体实施方式中多足蠕动驱动型套筒折展机构的剖视图；

图2是图1中压电驱动器1的立体结构示意图；

图3是图2所示压电驱动器1中下端压电陶瓷组1-2与柔性铰链1-5组合结构的立体 示意图。

具体实施方式

结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的多足蠕动驱动型套筒折展 机构，所述折展机构包括压电驱动器1、内套筒2、导轨3和外套筒4；

压电驱动器1包括两个安装座1-1、三个下端压电陶瓷组1-2、竖直陶瓷组1-3、三 个上端陶瓷组1-4、六个柔性铰链1-5和六个驱动足1-6；

竖直陶瓷组1-3的上下两个端面分别与一个安装座1-1固定连接；下端面的安装座 1-1的侧面安装有三个柔性铰链1-5，所述三个柔性铰链1-5上各设置有一个下端压电陶 瓷组1-2；剩余的三个柔性铰链1-5安装在上端面的安装座1-1的侧面，所述剩余的三个 柔性铰链1-5上各设置有一个上端压电陶瓷组1-4；六个柔性铰链1-5的末端各设置有一 个驱动足1-6，六个驱动足1-1的末端面均与外套筒4的内表面紧密接触；上端面的安装 座1-1上端与内套筒2一端固定连接；导轨3设置在内套筒2和外套筒4之间，限制内套 筒2绕外套筒4的转动自由度。

本实施方式中的压电驱动器采用蠕动式工作方式，压电驱动器与内套筒固定连接；

压电驱动器是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换为陶瓷的变形，而带动驱 动足运动。其中蠕动式压电驱动器可通过多组驱动足与动子(或固定面)的交换接触和驱 动足平行于动子(或固定面)的移动，并经摩擦耦合，带动动子(或驱动器自身)的运动。 其具有无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。

本实施方式的多足蠕动驱动型套筒折展机构在应用的时候，三个下端压电陶瓷组1-2 接第一相驱动信号，竖直陶瓷组1-3接第二相驱动信号，三个上端压电陶瓷组1-4接第三 相驱动信号；通过控制驱动信号为正电压或者负电压，可以控制陶瓷组运动状态为伸长或 者缩短；下端压电陶瓷组1-2和上端压电陶瓷组1-4伸长时驱动足1-6与外套筒4内壁保 持脱离，下端压电陶瓷组1-2和上端压电陶瓷组1-4缩短时驱动足1-6与外套筒4内壁保 持紧密接触；竖直陶瓷组1-3的伸长或者缩短用于带动内套筒2相对外套筒4产生轴向位 移；通过设定三相驱动信号的相位差，可以实现套筒折展机构的展开或者收回。

套筒展开动作时序：

(1)三个下端压电陶瓷组1-2缩短，其对应的三个下端驱动足1-6在柔性铰链的带 动下与外套筒4内壁接触，三个上端压电陶瓷组1-4伸长，三个上端驱动足1-6在柔性铰 链的带动下与外套筒4内壁脱离接触；

(2)竖直压电陶瓷组伸长，进而带动内套筒2沿外套筒4轴线向上展开；

(3)三个下端压电陶瓷组1-2伸长，其对应的三个下端驱动足1-6在柔性铰链的带 动下与外套筒4内壁脱离接触，三个上端压电陶瓷组1-4缩短，三个上端驱动足1-6在柔 性铰链的带动下与外套筒4内壁接触；

(4)竖直压电陶瓷组缩短，进而带动三个下端压电陶瓷组1-2沿外套筒4轴线向上 运动；

(5)重复上述(1)至(4)，则可以是实现机构的逐步向上展开。

套筒收回动作时序：

(1)三个下端压电陶瓷组1-2伸长，其对应的三个下端驱动足1-6在柔性铰链的带 动下与外套筒4内壁脱离接触，三个上端压电陶瓷组1-4缩短，三个上端驱动足1-6在柔 性铰链的带动下与外套筒4内壁接触；

(2)竖直压电陶瓷组伸长，进而带动三个下端压电陶瓷组1-2沿外套筒4轴线向下 运动；

(3)三个下端压电陶瓷组1-2缩短，其对应的三个下端驱动足1-6在柔性铰链的带 动下与外套筒4内壁接触，三个上端压电陶瓷组1-4伸长，三个上端驱动足1-6在柔性铰 链的带动下与外套筒4内壁脱离接触；

(4)竖直压电陶瓷组缩短，进而带动内套筒2沿外套筒4轴线向下收回；

(5)重复上述(1)至(4)，则可以是实现机构的逐步收回。

本实施方式中，所述压电驱动器的六个驱动足1-6与外套筒4接触处的曲率和外套筒 4内壁半径相同，这样可以使驱动足1-6与外套筒4内壁面接触，能够增强机构的稳定性。

本实施方式中，所述三个下端压电陶瓷组1-2和三个上端陶瓷组1-4的轴线均与竖直 陶瓷组1-3的轴线垂直，这样可以使得驱动足1-6在与外套筒4内壁接触时不会产生偏载。

本实施方式中，所述三个下端压电陶瓷组1-2中相邻两个下端压电陶瓷组1-2的夹角 为120度，三个上端陶瓷组1-4中相邻两个上端陶瓷组1-4的夹角为120度，根据三点确 定圆心的原理，并且三点在圆周上均布时，可以使得各个驱动足1-6在接触外套筒4内壁 时受力相等。

本实施方式中，上端面的安装座1-1与内套筒2的连接方式为螺纹连接或者销连接， 这样能够有保证连接的可靠性。