[发明专利]基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统

说明书

本发明公开了一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，包含四个机械臂、四个锁紧机构和运载机器人；机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、两个支撑臂、三个连接臂和三个角度调节模块；四个机械臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入，由四个锁紧机构相连形成圆环形轨道。运载机器人设置在该轨道上，装载检测装置并接受指令在轨道上运动。本发明基于逆压电效应和摩擦作用驱动，能够实现轨道的快速精准铺设，机器人响应快、定位精度高，机构简单且小型化，能够在真空强磁场等极端环境下工作。

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托卡马克装置轨道检测系统。

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。现有托卡马克维护机器人普遍存在系统庞大复杂、零部件繁多、控制难度打、制造成本高昂等问题，尤其是电磁电机与减速器或齿轮配合的驱动系统结构负载，在高温、高真空、强磁场等符合环境下的性能变化难以准确把握。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托卡马克装置轨道检测系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

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，托卡马克装置轨道检测系统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；