[实用新型]一种基于球形关节的夹心式压电机械手

说明书

本实用新型公开一种基于球形关节的夹心式压电机械手，机械手包括手掌平台与至少两根手指；手指由包括依次连接的第一关节、第一指骨、第二关节和末端指骨组成；第一关节与第二关节结构相同，由包括两个对称安装的两个环形振子，两个环形振子同轴固定于支撑架的上下两侧；在第一关节的上环形振子与第一指骨相连，第二关节的上下环形振子分别与末端指骨、第一指骨相连；环形振子上设有弯振电陶瓷片，通过对弯振电陶瓷片在设定极化方式上加载电信号使环形振子形变以驱动指骨的动作变化。该机械手没有额外的传动链，结构简单紧凑，便于微型化；每个关节具有两个转动自由度，功能灵巧，响应快，精度高，不受电磁干扰影响。

技术领域

本实用新型提出的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，涉及机械手技术领域。

背景技术

现有的机械手将驱动器置于手掌或者手臂内，利用运动传输元件如齿轮、带轮等将驱动器的运动传输至驱动关节。由于传统的驱动技术难以提供结构简单紧凑、功率密度高的驱动器，因此必须在手掌或者手臂内部设置较大的空间用以安装驱动器，难以实现整体的小型化设计，制约了其在深空探测等对质量、体积等有严格要求等领域的进一步应用。

此外，传统机械手的驱动器一般利用气动驱动器、液压驱动器或者直流电机作为驱动器，通常单个驱动器只能提供一个自由度的运动，若要设计多自由度的机械手则需要多个驱动器，这同样不利于结构的微型化。

针对现有机械手难以实现小型化设计的问题，本实用新型提出利用压电激励和摩擦驱动原理构建一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其工作方式，关节自身的压电陶瓷片激励振动，依靠摩擦力驱动不需要内置驱动器，同时单个关节可提供两个方向的自由度运动，没有运动传输链，简化结构，结合压电材料质量体积小、功率密度高的优点，可实现小型化设计，而且具有压电驱动的快速响应、断电自锁等优点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其工作方式，该机械手没有额外的传动链，结构简单紧凑，便于微型化；每个关节具有两个转动自由度，功能灵巧，响应快，精度高，不受电磁干扰影响。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，包括手掌平台与至少两根手指；

所述每根手指由第一关节、第一指骨、第二关节和末端指骨组成；

所述第一关节与第二关节结构相同，由第一环形振子、第二环形振子、支撑架以及若干弹簧、螺栓组成；

所述第一环形振子与第二环形振子结构基本相同，由四梁环形金属块、四组弯振压电陶瓷片组、四个配重块以及四个紧固螺栓组成，所述四梁环形金属块的每个梁与配重块之间布置有一组弯振电陶瓷片组，每个紧固螺栓穿过配重块、一组弯振压电陶瓷片组以及四梁环形金属块，并将其紧固在一起组成夹心式结构，所述配重块两边设置有两定位孔结构；

所述支撑架为圆环型金属块，每端设置有四个对称的阶梯凹槽与夹心式环形振子的四梁一一对应，所述阶梯凹槽内设置有与环形振子配重块的定位孔对应的圆形通孔，所述支撑架的两端另设有四个圆形通孔，用于与其他部件连接固定；

所述第一环形振子、第二环形振子安装在所述阶梯槽内，螺栓穿过第一环形振子配重块定位孔、弹性垫圈、支撑架，由螺母预紧在一起，预压力可适当调节；螺栓穿过第二环形振子配重块定位孔、支撑，由螺母紧固；

所述第一指骨为两端设置有球形结构的金属长杆，所述球形结构以球铰的形式分别嵌套在第一关节和第二关节的第一环形振子和第二环形振子之间，第一环形振子、第二环形振子与球形结构之间的预压力可通过弹性垫圈调节；

所述手掌平台与每根手指第一关节的支撑架通过螺栓固定在一起；

所述末端指骨为类圆锥形结构，根部与第二关节的支撑架通过螺栓固定在一起；