[发明专利]一种夹心式压电驱动四轮行星探测机器人及其工作方法

权利要求书

1.一种夹心式压电驱动四轮行星探测机器人的工作方法，所述夹心式压电驱动四轮行星探测机器人包括矩形框架结构、驱动螺栓（5）和车轮组件；所述矩形框架结构包括第一纵振梁（1）、第二纵振梁（2）、第一弯振梁（3）、第二弯振梁（4）、连接梁（7）以及安装螺栓（14），所述第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）平行设置，并且两端与第一弯振梁（3）、第二弯振梁（4）通过安装螺栓（14）正交固定，所述第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）安装在第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）的振动节点位置，连接梁（7）安装在第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）对应的振动节点位置，并且与第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）平行；所述驱动螺栓（5）通过螺纹连接设置在第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）的两端，所述驱动螺栓（5）设置有两个用于安装与驱动车轮组件的驱动斜面；所述车轮组件包括两片车轮（17）、若干个调节螺栓（18）和若干根弹簧（16），所述调节螺栓（18）和弹簧（16）将两片车轮（17）固定在驱动螺栓的两个驱动斜面，调节弹簧（16）的伸长长度以调节两片车轮（17）与驱动螺栓（5）的驱动斜面之间的预压力，其特征在于：包括如下步骤

1）对4组纵振压电陶瓷片（8）施加第一简谐电压信号激励出第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）的2n（n≥1，n为整数）阶纵向振动模态，即第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）的一端伸长而另一端缩短，此时第一弯振梁（3）和第四弯振梁（4）将随着第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）的纵向伸长或者缩短而水平向前或者向后刚性平移，即端部的驱动螺栓（5）沿着第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）的伸长或者缩短方向水平刚性平移；

2）对第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）上的8组弯振压电陶瓷片（11）同时施加第二简谐电压信号，激励出第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）的2n+1（n≥0，n为整数）阶弯曲振动模态，振动方向垂直于水平面，即第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）上设置的驱动螺栓（5）同时做垂直于水平方向的运动，因此第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）上的2n（n≥1，n为整数）阶纵向振动模态和第一弯振梁（3）和第二弯振梁（4）的2n+1（n≥0，n为整数）阶弯曲振动模态同时被激励出来并在驱动螺栓（5）上进行耦合，四个驱动螺栓（5）同时具有两个空间上垂直的振动位移；

3）调整第一简谐电压信号和第二简谐电压信号在时间上具有π/2的相位差，使得驱动螺栓（5）上的任意质点均做方向相同的椭圆运动，进而通过摩擦作用驱动与驱动螺栓（5）上的两个驱动斜面接触的车轮转动，实现夹心式压电驱动四轮行星探测机器人向前移动；

4）调整第一简谐电压信号和第二简谐电压信号的相位差为-π/2，即可实现夹心式压电驱动四轮行星探测机器人向后移动。

2.如权利要求1所述的夹心式压电驱动四轮行星探测机器人的工作方法，其特征在于：所述连接梁（7）包括有两根，所述第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）均由两根一端设置有连续变截面、另一端设置有凸出螺栓的端部圆柱（6）、两端设有螺纹孔的中间圆柱（9）和若干设有中心孔的圆形纵振压电陶瓷片（8）组成，其中一个端部圆柱（6）的连续变截面端与第一弯振梁（3）或第二弯振梁（4）连接，凸出螺栓端分别依次通过连接梁（7）和一组纵振压电陶瓷片（8）的中心孔固定在中间圆柱（9）的一端螺纹孔内，另一根端部圆柱（6）的凸出螺栓端沿着相反的方向依次通过另外一根连接梁（7）和另一组纵振压电陶瓷片（8）的中心孔固定在中间圆柱（9）的另一端螺纹孔内。

3.如权利要求2所述的夹心式压电驱动四轮行星探测机器人的工作方法，其特征在于：一组纵振压电陶瓷片（8）由两片沿厚度方向极化且极化方向相反的圆形带孔压电陶瓷片组成，所述第一纵振梁（1）上的两组纵振压电陶瓷片的极化方向相反，所述第二纵振梁（2）上的两组纵振压电陶瓷片的极化方向相反，所述第一纵振梁（1）和第二纵振梁（2）对应位置设置的纵振压电陶瓷片的极化方向相同。

4.如权利要求3所述的夹心式压电驱动四轮行星探测机器人的工作方法，其特征在于：所述第一弯振梁（3）或者第二弯振梁（4）由端部设置有连续变截面和螺纹孔、中间部分上下表面均设置有矩形凹槽的矩形梁（10）、四组弯振压电陶瓷片（11）和预紧装置组成，四组弯振压电陶瓷片（11）通过预紧装置固定在矩形凹槽内，并且位于矩形凹槽的两端。