[发明专利]一种二自由度压电驱动机械臂及其驱动方法

权利要求书

1.一种二自由度压电驱动机械臂，其特征在于，包含若干依次相连的单元臂节；

所述单元臂节包含压电振子、第一转动盘、第二转动盘和弹性带；

所述压电振子包含金属基体、第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片；

所述金属基体为空心长方体，包含两个端面以及第一至第四侧面；所述两个端面上均设有供所述弹性带穿过的通孔；第一侧面和第三侧面平行，第二侧面和第四侧面平行；

所述第一侧面、第三侧面的两端均朝外延伸设有驱动足；

所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片分别对应设置在所述第一侧面、第三侧面的外壁上，均沿厚度方向极化，方向指向金属基体内，用于接外部激励信号以激励出压电振子的一阶纵振和一阶弯振模态；

所述第一转动盘、第二转动盘均包含两个圆盘和销钉，所述两个圆盘相互平行、同轴设置；所述销钉的两端分别和两个圆盘的圆心固连；两个圆盘上设有相互平行指向圆心的矩形槽，且两个圆盘内侧的圆周边缘均设有倒角；

所述弹性带设置在金属基体内，其两端从金属基体两个侧面的通孔穿出后分别和第一转动盘的销钉、第二转动盘的销钉固连；

所述第一转动盘、第二转动盘通过所述弹性带弹性变形预紧固定在金属基体两个端面的外侧，第一转动盘、第二转动盘中两个圆盘上的倒角分别和第一侧面、第三侧面两端的驱动足相抵；

所述单元臂节通过其第一转动盘上的两个矩形槽和相邻单元臂节第二转动盘上的两个矩形槽相互咬合形成过盈配合，从而使得单元臂节和相邻单元臂节正交连接。

2.根据权利要求1所述的二自由度压电驱动机械臂，其特征在于，所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均采用二分区矩形压电陶瓷片。

3.基于权利要求1所述的二自由度压电驱动机械臂的驱动方法，其特征在于，包含以下步骤：

通过对单元臂节上的第一、第二压电陶瓷片施加两组特定频率具有π/2相位差的简谐驱动信号，激励出压电振子的一阶纵振和一阶弯振模态，两个模态叠加使得金属单元各个驱动足处质点产生椭圆运动轨迹，通过摩擦作用驱动第一、第二转动盘转动；当对单元臂节上的第一、第二压电陶瓷片施加两组特定频率具有-π/2相位差的简谐驱动信号时，则实现第一、第二转动盘反向转动；

由于单元臂节和其相邻单元臂节在空间上正交，通孔驱动单元臂节和其相邻单元臂节能够驱动压电驱动机械臂二自由度转动。