[发明专利]一种基于压电驱动的关节锁紧机构及其工作方法

权利要求书

1.一种基于压电驱动的关节锁紧机构，其特征在于，包含第一锁件、第二锁件和螺纹锁杆；

所述螺纹锁杆包含依次同轴固连的螺柱、光柱和限位圆盘，螺柱和光柱的底面半径相同，限位圆盘的底面半径大于光柱的底面半径；

所述第一锁件包含配重块、第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片、连接柱、沉头螺栓、法兰盘和螺纹管；

所述配重块为圆柱体，其沿轴线设有沉头通孔；所述连接柱为圆柱体，其一个端面的中线设有和所述沉头螺栓相匹配的螺纹孔；所述沉头螺栓依次穿过配重块的沉头通孔、第一圆环形压电元件、第一电极片、第二圆环形压电元件、第二电极片、第三圆环形压电元件、第三电极片、第四圆环形压电元件后和所述连接柱的螺纹孔螺纹相连，将第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片固定在配重块和连接柱之间；

所述螺纹管为两端开口的空心圆柱体，其内壁上设有和所述螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹；

所述法兰盘一端和所述螺纹管的一端固连、另一端和所述连接柱远离配重块的一端固连，且法兰盘周向均匀设有若干用于固定第一锁件的通孔；

所述第二锁件包含驱动定子和第一至第四矩形压电元件；

所述驱动定子为长方体，包含第一端面、第二端面、以及第一至第四侧面，其中，第一端面、第二端面均为正方形，第一至第四侧面依次相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述驱动定子其沿轴线设有和螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹通孔；

所述第一端面上设有若干用于固定第二锁件的螺纹孔；

所述第一至第四矩形压电元件一一对应设置在所述驱动定子的第一至第四侧面上；

所述驱动定子的螺纹通孔的长度小于螺纹锁杆光柱的长度，所述螺纹管的长度大于螺纹锁杆螺柱的长度，且螺纹管、螺纹锁杆螺柱的长度差大于驱动定子的螺纹通孔、螺纹锁杆光柱的长度差；

所述第一至第四圆环形压电元件均沿其厚度方向极化，沿其直径为分界线两分区，两个分区极化方向相反；所述第一圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；所述第三圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线相互垂直；所述第四圆环形压电元件和第三圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；

所述第一至第四矩形压电元件均沿其厚度方向极化，第一矩形压电元件和第三矩形压电元件极化方向相同，第二矩形压电元件和第四矩形压电元件极化方向相同。

2.基于权利要求1所述的基于压电驱动的关节锁紧机构的第二锁件驱动方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤A.1），同时对第一、第三矩形压电元件施加第一相简谐电压信号，对第二矩形压电元件、第四矩形压电元件施加第二相简谐电压信号，激励出驱动定子在空间上具有π/2相位差的同形弯振模态，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为π/2，两个模态的耦合使螺纹通孔呈现旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆旋进或者旋出；

步骤A.2），若需要螺纹锁杆反向运动，调整第一、第二简谐电压信号在时间的相位差为-π/2，螺纹通孔做相反的旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆反向运动。

3.基于权利要求1所述的基于压电驱动的关节锁紧机构的第一锁件驱动方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤B.1），同时对第一电极片、第三电极片上分别施加两相简谐电压信号，激励出螺纹管的在空间上具有π/2相位差的同形弯振模态，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为π/2，两个模态的耦合使螺纹管呈现旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆旋进或者旋出；

步骤B.2），若需要螺纹锁杆反向运动，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为-π/2，螺纹管做相反的旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆反向运动。