[发明专利]一种基于压电驱动的折叠式机械臂

说明书

本发明公开了一种基于压电驱动的折叠式机械臂，包含转盘、转盘驱动模块、连接块、M个支撑臂、N个连接臂、以及M+N‑1个角度调节模块，M均为大于等于1的整数，N为大于等于2的整数；转盘驱动模块用于驱动所述转盘转动；连接块固定在转盘的上端面上；M个支撑臂、N个连接臂通过M+N‑1个角度调节模块依次相连，形成手臂，手臂前端和连接块固连，后端用于承载外部检测装置。本发明利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能，依靠摩擦作用直接驱动转盘和手臂旋转，不需要复杂的传动和减速机构，结构简单紧凑，易于实现小型化，且能强磁场及真空环境下工作。

技术领域

本发明涉及压电驱动技术和托卡马克检测维护领域，尤其涉及一种基于压电驱动的折叠式机械臂。

背景技术

核聚变试验过程中，托卡马克装置在强磁上、超大电流、超低温、极高温等极端工况下运行，装置内各部件的强度、刚度、寿命经受严酷的考验，因此对真空室内壁进行定期的检测与维护是保证核聚变试验正常运行的一项必要工作。现有的轨道+机械臂的有轨式机器人，其轨道系统在ITER装置真空室的铺设时间过长、铺设过程复杂，增加了机器人维护作业时间，降低了作业效率。基于逆压电效应的压电驱动方式在压电陶瓷材料的制备和加工技术得到了进一步发展的情况下，可实现驱动结构的结构紧凑、直接驱动、无电磁干扰、易于小型化等特点，在极端工作环境中拥有者广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于压电驱动的折叠式机械臂。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于压电驱动的折叠式机械臂，包含转盘、转盘驱动模块、连接块、M个支撑臂、N个连接臂、以及M+N-1个角度调节模块，M均为大于等于1的整数，N为大于等于2的整数；

所述转盘驱动模块用于驱动所述转盘转动；

所述连接块固定在转盘的上端面上；

所述支撑臂为两端开口的直线条状空心管，所述连接臂为两端开口的弧形条状空心管；

所述角度调节模块均包含第一压电作动器、第二压电作动器、连接轴、第一连接圆环、第二连接圆环、弹簧以及第一至第四轴承；

所述第一压电作动器、第二压电作动器均包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，且相邻扭振压电元件的极化方向相反；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数；