1.一种驱动器,其特征在于,包括:
驱动模块,包括压电堆和位移放大机构,所述压电堆设置在位移放大机构内并通入周期性电压信号;所述位移放大机构包括随压电堆的伸缩形变而往复直线移动的水平移动端、相对压电堆静止的固定端、随压电堆的伸缩形变而上下移动的竖直移动端;
传动模块,用于将位移放大机构的直线运动转化为输出轴的旋转运动,包括齿柱、齿盖和齿筒;所述齿筒的下段套设于底座模块上凸出的支撑轴上;所述底座模块位于齿柱的下方;
所述齿柱的上端面固接于所述位移放大机构的竖直移动端;所述齿柱、齿盖的下端面均开设环形分布的齿槽斜面,所述齿筒的上端面设置轮齿环;在每个周期性电压信号中,所述齿柱与齿筒上轮齿环的外侧啮合,之后齿盖与齿筒上轮齿环的内侧啮合;
所述齿盖套设于齿柱内,并固定于所述输出轴的上端;所述输出轴的下端穿过所述底座模块上的支撑轴,并伸出所述底座模块;所述输出轴转动安装于所述底座模块;
弹性元件,套设在所述齿筒的下段外侧,并放置于所述齿筒的上段和底座模块之间;在每个周期性电压信号中,所述弹性元件均处于压缩状态;
所述位移放大机构包括:
第一柔性铰链单元,包括菱形柔性铰链和第一长板型柔性铰链;其中,所述菱形柔性铰链包括组成所述菱形柔性铰链顶点的两个第一连接块和两个第二连接块;所述第一连接块和第二连接块交错布置;相邻所述第一连接块和第二连接块之间柔性铰接一连接臂;两所述第一连接块,用于传递压电堆产生的伸缩形变以形成所述位移放大机构的水平移动端,两所述第一连接块之间卡设所述压电堆;
第一长板型柔性铰链固接于所述第一连接块的下端,两所述第一长板型柔性铰链之间柔性铰接一用于承接所述压电堆的横梁;
所述第一长板型柔性铰链为Z字型结构,组成Z字型结构的各长板之间为柔性铰接;
及第二柔性铰链单元,与所述第二连接块对应设置,包括第二长板型柔性铰链和台座,所述第二长板型柔性铰链固接于对应的第二连接块外侧面,所述台座的下端面柔性铰接于所述第二长板型柔性铰链的顶端;所述台座固定设置以形成所述位移放大机构的固定端;
所有所述第二长板型柔性铰链、第一长板型柔性铰链形成所述位移放大机构的竖直移动端;
所述齿筒为凸字型圆筒结构,所述齿筒的上段为一环形结构,用于设置所述轮齿环,所述齿筒的下段为一内部中空的圆柱体,所述齿筒的上段连通齿筒的下段;所述齿筒的上段边缘延伸覆盖所述齿筒的下段,以承接所述弹性元件。
2.根据权利要求1所述的驱动器,其特征在于,所述齿柱包括凸台和设置于所述凸台上的圆柱推动手柄;所述圆柱推动手柄形成所述齿柱的上端面;所述凸台为一底面敞开的内部中空结构。
3.根据权利要求1所述的驱动器,其特征在于,所述底座模块还包括:
底座,所述底座的上端面开设用于与所述弹性元件配合的环形凹槽,所述环形凹槽围成的区域内设置所述支撑轴,所述支撑轴的上段、底座内均开设轴承座孔,两所述轴承座孔内均安装一与所述输出轴适配的单向轴承;
端盖,固定于所述底座的下端面并连通所述支撑轴;所述输出轴通过所述端盖伸出所述底座。
4.根据权利要求3所述的驱动器,其特征在于,所述输出轴的上端设置轴肩,所述轴肩的下端面抵住安放于所述支撑轴上端的单向轴承内圈,所述输出轴的下段开设环形定位凹槽,定位凹槽上安装弹性挡圈;所述弹性挡圈压紧固定于所述底座内单向轴承的内圈。
5.根据权利要求1所述的驱动器,其特征在于,进一步包括上盖,所述上盖的下端面设置一对平行的立板和凹槽,一对所述立板用于限定压电堆侧向移动,一对所述立板之间形成容纳所述压电堆的空间,所述立板平行于压电堆的伸缩形变方向;所述凹槽与所述位移放大机构的台座配合;所述上盖上开设用于引入信号线的穿线孔。
6.根据权利要求5所述的驱动器,其特征在于,进一步包括壳体,所述壳体套设在所述驱动模块、传动模块和弹性元件的外侧;所述壳体固定于上盖和底座模块之间。
7.一种驱动器驱动方法,基于权利要求2‑6之任一项所述的驱动器,其特征在于,包括~以下步骤:
S1:初始状态时,传动模块中的齿柱下端面的齿槽斜面与齿筒上端面的齿顶接触,齿盖下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶接触;
通入周期性方波高电平信号至压电堆,压电堆轴向产生伸形变,伸形变经与压电堆卡设的位移放大机构放大后,推动传动模块中齿柱向下运动,齿柱下端面的齿槽斜面通过推动齿筒上端面的齿顶使齿筒沿底座上的支撑轴向下运动,齿筒压缩与齿筒接触的弹性元件,当齿筒上端面的轮齿滑出齿盖下端面的齿槽顶后,在齿柱继续向下推动齿筒运动的过程中,在弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿沿着齿柱下端面的齿槽斜面滑到齿柱的齿槽根,齿筒产生转动;
S2:电信号变为周期性方波低电平信号,压电堆恢复初始状态,位移放大机构复位,带动传动模块中齿柱向上复位,齿柱下端面的齿槽根与齿筒上端面的齿顶脱开,在下方弹性元件弹力的推动下齿筒上端面的轮齿压紧在齿盖下端面的下一个相邻齿槽斜面上并向上滑动,以实现齿筒推动齿盖绕齿盖自身轴线转动,带动输出轴旋转,输出轴输出力矩;
S3:当位移放大机构复位至初始状态时,重复步骤S1‑S2,以实现齿盖连续旋转,从而~带动输出轴连续转动以输出力矩。
8.根据权利要求7所述的驱动器驱动方法,其特征在于,在步骤S1中,位移放大机构推动传动模块中齿柱向下运动的具体步骤包括:压电堆轴向产生伸形变后,与压电堆接触的两个第一连接块之间远离;
由于横梁两端柔性连接两个第一长板型柔性铰链,与第一连接块固接的每个第一长板型柔性铰链均向位移放大机构的内部靠近,由于第一长板型柔性铰链内部为柔性连接,在第一长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中推动传动模块中齿柱向下运动;
两个第一连接块带动整个菱形柔性铰链两个第二连接块相互靠近,由于第二长板型柔性铰链内部为柔性连接,在第二长板型柔性铰链向位移放大机构的内部靠近的过程中推动传动模块中齿柱向下运动。