Пьезоэлектрическое устройство перемещения

 

Изобретение относится к пьезоэлектрическим устройствам перемещения и может быть использовано в настольной радиоэлектронной игре. Сущность изобретения: устройство содержит пьезоэлектрическую пластину с электродами 1, опоры 3, токопроводящие полосы 4, генератор 5. 3 ил.

Изобретение относится к настольной радиоэлектронной игре, а также к техническому виду спорта.

Известны шагающие игрушки и движители самоходных машин, в которых перемещение осуществляется за счет инфразвуковых колебаний опор конечностей, причем источником энергии являются либо электродвигатель, либо пружина.

Недостаток этих устройств заключается в их относительной сложности и слабой маневренности.

Наиболее близким к предлагаемому (прототип) является пьезоэлектрическое устройство перемещения, предназначенное для сканирования исследуемого объекта в туннельном микроскопе. Это устройство содержит пьезоэлемент с закрепленными по краям опорами. На пьезоэлемент нанесены электроды, которые с каждой стороны разделены изолирующим промежутком посредине между опорами. Электроды, расположенные по разные стороны промежутка и на противоположных сторонах пьезоэлемента, электрически попарно объединены. К электродам подключен генератор пилообразного напряжения. На пьезоэлементе между опорами закреплена дополнительная масса. Перемещение осуществляется в момент резкого изменения пилообразного напряжения из-за сил инерции.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно может совершать лишь малое число простых перемещений, т.е. обладает невысокой маневренностью. Кроме того, из-за наличия соединительных проводов протяженность перемещения ограничена.

Задачей изобретения является создание устройства для перемещения, которое обладало бы высокой маневренностью при достаточно простой конструкции. В этом состоит новый технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки устройства следующие. Оно состоит из пьезоэлементов с нанесенными электродами, трех опор, выполненных в виде упругих и изогнутых в трех измерениях игл, с одного конца присоединенных к пьезоэлементам, а с другого опирающихся на площадку для перемещений, площадка для перемещения выполнена в виде токопроводящих дорожек, каждая игла опора находится на отдельной дорожке, дорожка подсоединена к перестраиваемому по частоте генератору импульсов.

Отличительные признаки изобретения следующие: опоры выполнены в виде упругих и изогнутых в трех измерениях игл, площадка для перемещения выполнена в виде токопроводящих дорожек, каждая игла-опора находится на отдельной дорожке, а дорожка подсоединена к перестраиваемому по частоте генератору импульсов.

Высокая маневренность устройства достигается за счет выполнена опор в виде упругих изогнутых в трех измерениях игл. Упрощение конструкции происходит за счет меньшего числа элементов, составляющих устройство.

Устройство (виброкар), состоящее из одного, двух или более пьезоэлементов, имеет три опоры, выполненные в виде загнутых в трех измерениях игл. Другим концом иглы присоединены к электродам пьезоэлементов и служат также для подачи электрических импульсов на пьезоэлементы. Это достигается размещением виброкара на электропроводящих дорожках, причем каждая игла имеет свою дорожку. Одна дорожка является общей, а к двум другим подключены выходы перестраиваемого по частоте генератора импульсов. При подаче на устройство импульсов за счет изменения частоты находим резонанс виброкара, что проявляется в его подпрыгивании и движении. Далее находим ряд других резонансов, каждый из которых проявляется в том или ином движении. В частности, возможны движения виброкара вперед и назад, вращения, повороты (например, правая опора неподвижна, движется только левая опора). Способность к перемещению меняется от степени загиба игл опор, поскольку эффект определяется спецификой колебаний изогнутого стержня. Некоторое влияние на маневренность вибратора оказывает также его масса.

Таким образом, управление виброкаром осуществляется переходом с одного его резонанса на другой, что реализуется дискретным переключением частот генераторов.

На фиг.1 и 2 представлено устройство, общий вид; на фиг.3 функциональная схема устройства.

Устройство состоит из двух пьезоэлементов с нанесенными на них электродами 1, проводящего элемента 2, с помощью которого соединены общие электроды пьезоэлементов, а также трех игл-опор 3, токопроводящих полос 4 и генератора 5. Кроме того, на виброкаре могут размещаться некоторые декоративные элементы, придающие ему внешний вид, например, какого-либо насекомого или животного.

Функциональная схема пьезоэлектрического устройства включает непосредственно устройство перемещения (виброкар), который состоит из двух пьезоэлементов В Q1 и В Q2 и трех игл опор Х1, Х2 и Х3. Виброкар помещен в пунктирную рамку. Три токопроводящие дорожки 4, с которыми находятся в контакте иглы-опоры, обозначены как ХР1, ХР2 и ХР3. Дорожки соединены выходом генератора G 5, причем на дорожки ХР1 и ХР3 должны поступать противофазные сигналы (если на одну поступает положительная полуволна, то на другую отрицательная), а дорожка ХР2 соединена с общим проводом генератора. Благодаря такому включению нарушение одного из контактов не приводит к прекращению движения устройства. Так, если оказывается разомкнутым общий провод (контакт ХР2-Х2), это практически не влияет на движение устройства, так как вся энергия поступает на пьезоэлементы через два оставшихся контакта. Если размыкается один из контактов ХР1-Х1 или ХР3-Х3, то импульсы поступают на один пьезоэлемент, что приводит к вибрации виброкара и восстановлению утраченного контакта.

У изображенного на фиг.1 виброкара общий электрод 2 соединен со средней иглой, которая в данной конструкции проходит между площадкой для перемещения и корпусом виброкара и касается токопроводящей дорожки сзади устройства, что видно на фиг.1. На фиг.2 изображен макет всего устройства, включающий генератор с 6 фиксированными частотами (в верхней части), площадку для перемещений, на которой располагается пьезокерамическое перемещающееся устройство в виде жука. Площадка для перемещений соединена с генератором кабелем.

Для осуществления перемещения устройство устанавливают не токопроводящие дорожки. Управление производят с помощью клавиатуры, расположенной на генераторе. Каждой клавише соответствует определенная заранее найденная экспериментально частота того или иного движения. Осуществляя поочередно нажатия клавиш прямолинейного движения, поворотов направо или налево, производят перемещение устройства по дорожкам.

Формула изобретения

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащее размещенную на опорах и снабженную электродами пьезокерамическую пластину, установленную на основании с возможностью передвижения по нему, и блок управления перемещением устройства, отличающееся тем, что основание снабжено токопроводящими полосами для каждой из опор, выполненных в виде упругих и изогнутых в трех плоскостях игл, блок управления перемещением устройства выполнен в виде перестраиваемого по частоте и снабженного пультом управления генератора, противофазные выходы которого подключены к первой и второй токопроводящим полосам, а общий его выход - к третьей, пьезокерамическая пластина выполнена из двух пьезоэлементов, первые выводы которых объединены и связаны через первый электрод с первой опорой, а вторые выводы пьезоэлементов через соответствующие электроды - с второй и третьей опорами, причем пьезокерамическая пластина установлена на основании с возможностью взаимодействия первой ее опоры с третьей токопроводящей полосой, а второй и третьей опор - с первой и второй токопроводящими полосами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3