[发明专利]基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统

权利要求书

1.基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，所述托卡马克装置周向设有四个检测窗口，其特征在于，包含第一至第四机械臂、第一至第四锁紧机构和运载机器人；

所述第一至第四机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂、以及三个角度调节模块；

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；

所述第一、第二支撑臂均为两端开口的直线条状空心管，所述第一至第三连接臂为两端开口的弧形条状空心管；

所述角度调节模块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，均沿厚度方向极化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，均包含两个沿厚度方向极化的弯振压电元件；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；

所述第一连接圆环、第一压电作动器的驱动圆环、第二压电作动器的驱动圆环、第二连接圆环依次层叠，内壁分别通过第一至第四轴承和所述连接轴相连；第一压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第一连接圆环靠近第一压电作动器驱动圆环的端面相抵，第二压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第二连接圆环靠近第二压电作动器驱动圆环的端面相抵；所述弹簧套在连接轴上，一端和所述第一压电作动器的驱动圆环相抵、另一端和所述第二压电作动器的驱动圆环相抵；

所述第一支撑臂平行于转盘设置，一端和所述连接块固连；

所述第二支撑臂一端和所述第一连接臂外弧的中点固连；

所述第一支撑臂的另一端、第一至第二连接臂的一端均设有用于固定角度调节模块第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架的固定架；

所述三个角度调节模块中，第一个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和所述第一支撑臂上的固定架固连，第一个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和所述第二支撑臂远离第一连接臂的一端固连；第二个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第一连接臂上的固定架固连，第二个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第二连接臂未设有固定架的一端固连；第三个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第二连接臂上的固定架固连，第三个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第三连接臂的一端固连；

所述第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂均在同一平面上，通过所述三个角度调节模块调节第一支撑臂和第二支撑臂之间、第一连接臂和第二连接臂之间、第二连接臂和第三连接臂之间的展开角度；

所述第一至第四锁紧机构均包含第一锁件、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；

所述螺纹锁杆的螺杆从所述驱动定子的第二端面旋入驱动定子的螺纹通孔中；

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；

所述第一至第四机械臂的第一连接臂未设有固定架的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第一安装片，第一至第四机械臂的第三连接臂远离其第二连接臂的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第二安装片；

所述第一至第四锁紧机构的第一锁件通过其法兰盘一一对应固定在所述第一至第四机械臂的第一安装片上，所述第一至第四锁紧机构的第二锁件一一对应固定在第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第一机械臂的第二安装片上；

所述第一至第四机械臂用于将其第一至第三连接臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入形成四分之一圆的弧形轨道；所述第一至第四锁紧机构用于将第一至第四机械臂形成的四个四分之一圆的弧形轨道首尾连接起来形成在托卡马克装置真空室外壁、内壁之间的圆形轨道；

所述运载机器人设置在所述第一至第四机械臂形成的圆形轨道上，用于装载检测装置并接受指令在所述圆形轨道上运动。