[发明专利]一种夹心式压电机械臂及其驱动方法

权利要求书

1.一种夹心式压电机械臂，其特征在于，包含第一纵振关节、弯振关节和第二纵振关节；

所述第一纵振关节、弯振关节、第二纵振关节均包含第一至第二圆柱销、两个轴承、前金属基体、第一至第二压电陶瓷片、电极片、夹持板、后金属基体和预紧螺栓；

所述前金属基体包含驱动头、连接部和结合部，所述驱动头为圆柱体，所述结合部为长方体，所述驱动头的外壁通过所述连接部和结合部一端的端面固连，所述结合部另一端端面的中心设有和所述预警螺栓相配合的螺纹孔；所述驱动头两侧端面的中心均设有阶梯通孔；

所述两个轴承分别对应设置在所述驱动头两个端面的阶梯通孔中、外圈和所述驱动头固连；

所述第一、第二圆柱销的一端分别对应固定设置在所述两个轴承的内圈中，另一端伸出其对应的轴承；

所述后金属基体为长方体，其一端端面设有梯形凹槽，所述梯形凹槽中心设有贯穿后金属基体、供所述预警螺栓穿过的通孔；

所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、电极片、夹持板的中心均设有供所述预警螺栓穿过的通孔；

所述预警螺栓从后金属基体梯形凹槽一侧依次穿过后金属基体、夹持板、第一压电陶瓷片、电极片、第二压电陶瓷片后和所述前金属基体的螺纹孔螺纹连接，通过施加预紧力形成夹心式结构；

所述夹持板两侧分别设有第一固定柱、第二固定柱；

所述第一纵振关节、第二纵振关节中的第一至第二压电陶瓷片均采用纵振压电陶瓷片，所述弯振关节中的第一至第二压电陶瓷片均双分区压电陶瓷片；

所述第二纵振关节的驱动头伸入弯振关节的梯形凹槽，且第二纵振关节驱动头的侧壁和弯振关节梯形凹槽的三个面均相抵；第二纵振关节的第一圆柱销和弯振关节的第一固定柱之间、第二纵振关节的第二圆柱销和弯振关节的第二固定柱之间均设有橡胶圈，通过橡胶圈弹性变形预紧固定第二纵振关节和弯振关节；

所述弯振关节的驱动头伸入第一纵振关节的梯形凹槽，且弯振关节驱动头的侧壁和第一纵振关节梯形凹槽的三个面均相抵；弯振关节的第一圆柱销和第一纵振关节的第一固定柱之间、弯振关节的第二圆柱销和第一纵振关节的第二固定柱之间均设有橡胶圈，通过橡胶圈弹性变形预紧固定弯振关节和第一纵振关节。

2.根据权利要求1所述的夹心式压电机械臂，其特征在于，所述第一纵振关节、弯振关节、第二纵振关节中的后金属基体、夹持板、第一压电陶瓷片、电极片、第二压电陶瓷片、前金属基体之间均通过环氧树脂胶粘结在一起。

3.基于权利要求1所述的夹心式压电机械臂的驱动方法，其特征在于，包含以下步骤：

通过对第一纵振关节中的纵振压电陶瓷片和弯振关节中的双分区压电陶瓷片施加同频率、相位差相差π/2的激励信号，激励出第一纵振关节的一阶纵振模态和弯振关节的一阶弯振模态，此时，第一纵振关节和弯振关节接触界面质点的相对运动轨迹为椭圆，在摩擦作用下第一纵振关节和弯振关节之间产生相对转动，令此时弯振关节相对第一纵振关节的转动方向为正向；

则通过对第一纵振关节中的纵振压电陶瓷片和弯振关节中的双分区压电陶瓷片施加同频率、相位差相差-π/2的激励信号，弯振关节相对第一纵振关节产生反向转动；

通过对弯振关节中的双分区压电陶瓷片和第二纵振关节中的纵振压电陶瓷片施加同频率、相位差相差π/2的激励信号，第二纵振关节相对弯振关节产生正向转动；

通过对弯振关节中的双分区压电陶瓷片和第二纵振关节中的纵振压电陶瓷片施加同频率、相位差相差-π/2的激励信号，第二纵振关节相对弯振关节产生反向转动。