[发明专利]一种二自由度压电驱动机械臂及其驱动方法

摘要

本发明公开了一种二自由度压电驱动机械臂及其驱动方法，机械臂包含若干依次相连的单元臂节；单元臂节包含压电振子、两个转动盘和弹性带；压电振子包含金属基体、和两个压电陶瓷片；弹性带穿过金属基体、两端分别和两个转动盘的销钉固连；两个转动盘通过弹性带弹性变形预紧固定在金属基体两个端面的外侧。单元臂节和相邻单元臂节通过矩形槽相互咬合形成过盈配合、正交连接。工作时，对单元臂节施加具有π/2相位差的驱动信号即可；由于单元臂节和其相邻单元臂节在空间上正交，能够实现正交平面内的二自由度转动。本发明结构简单紧凑、易于实现微型化设计，在深空探测机器人等对体积、质量具有严格限制的领域，具有重要的应用前景。

主权项

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。