一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法
专利汇可以提供一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于 球形关节 的夹心式压 电机 械手及其控制方法，机械手包括手掌平台与至少两根 手指 ；手指由包括依次连接的第一关节、第一指骨、第二关节和末端指骨组成；第一关节与第二关节结构相同，由包括两个对称安装的两个环形振子，两个环形振子同轴固定于 支撑 架的上下两侧；在第一关节的上环形振子与第一指骨相连，第二关节的上下环形振子分别与末端指骨、第一指骨相连；环形振子上设有弯振电陶瓷片，通过对弯振电陶瓷片在设定极化方式上加载电 信号 使环形振子形变以驱动指骨的动作变化。该机械手没有额外的传动链，结构简单紧凑，便于微型化；每个关节具有两个转动 自由度 ，功能灵巧，响应快， 精度 高，不受 电磁干扰 影响。，下面是一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述机械手包括手掌平台与至少两根手指；
所述手指包括依次连接的第一关节、第一指骨、第二关节和末端指骨；
所述第一关节与第二关节结构相同，包括两个对称安装的两个环形振子，两个环形振子同轴固定于支撑架的上下两侧；
在所述第一关节的上环形振子与第一指骨相连，所述第二关节的上下环形振子分别与末端指骨、第一指骨相连；
所述环形振子上设有弯振电陶瓷片，通过对所述弯振电陶瓷片在设定极化方式上加载电信号使环形振子形变以驱动指骨的动作变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述环形振子由四梁环形金属块、弯振压电陶瓷片组、配重块以及紧固螺栓组成；所述四梁环形金属块的圆周上设有两对以环形中心点对称的梁，两对梁为正交结构，每个梁末端安装有配重块，在所述金属块与配重块之间布置有一组弯振电陶瓷片组，每个紧固螺栓穿过配重块、一组弯振压电陶瓷片组以及四梁环形金属块，并将其紧固在一起组成夹心式结构，所述配重块两边设置有两定位孔结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述支撑架为圆环型金属块，上下端各设置有四个对称的阶梯凹槽分别与上下环形振子的四梁一一对应；所述阶梯凹槽内设置有与环形振子配重块的定位孔对应的圆形通孔，所述支撑架的两端另设有四个圆形通孔，用于与其他部件连接固定；
称上下环形振子分别为第一环形振子和第二环形振子，第一环形振子、第二环形振子安装在所述阶梯槽内，对应的，第一螺栓在垂直方向上依次穿过第一环形振子配重块定位孔、弹性垫圈、支撑架，由第一螺母预紧在一起，预压力可调节；第二螺栓在垂直方向上穿过第二环形振子配重块定位孔、支撑架，由第二螺母紧固。
4.根据权利要求3所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述第一指骨为两端设置有球形结构的金属长杆，所述球形结构以球铰的形式分别嵌套在第一关节中的第一环形振子和第二关节中的第二环形振子之间，两个二环形振子与球形结构之间的预压力可通过弹性垫圈调节。
5.根据权利要求2所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述手掌平台与每根手指第一关节的支撑架通过螺栓固定在一起；
所述末端指骨为类圆锥形结构，根部与第二关节的支撑架通过螺栓固定在一起。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手，其特征在于，所述弯振压电陶瓷片组由两片二分区陶瓷片组成，二分区压电陶瓷片沿厚度方向极化，每组弯振压电陶瓷片组的压电陶瓷片极化方向布置相反；所述第一环形振子的每支梁上的压电陶瓷片的布置方式相同，每对压电陶瓷片的极化方向布置相反；所述第二环形振子每一条线上两支梁上的弯振压电陶瓷片的布置方式相反。
7.一种基于球形关节的夹心式压电机械手的控制方法，其特征在于，当激励所述第一关节第一环形振子的一条线上一对梁上的弯振压电陶瓷片组时，使该对梁每支梁均产生局部同相的一阶弯振，诱发出第一环形振子整体的对称弯曲模态，同时激励同一关节第二环形振子相对应的一条线上一对梁上的弯振压电陶瓷片组，使该对梁产生局部反相的一阶弯振，诱发出第二环形振子整体的反对称弯曲模态，两环形振子内部的驻波波峰与所述第一指骨的球形末端相接触，在摩擦力的作用下对球形末端产生转动力矩，从而实现第一个自由度的旋转运动；
第二个自由度旋转运动原理与之前相同，同时激励所述第一关节第一环形振子、第二环形振子的另外一条正交线上的一对梁的弯振压电陶瓷片组，实现第二个与之前方向正交的旋转运动；
所述第二关节的两个自由度运动控制方法与第一关节相同。
8.根据权利要求7所述的一种基于球形关节的夹心式压电机械手的控制方法，其特征在于，单独对所述第二关节的两个环形振子施加激励时，由于所述第一指骨的一端与第一关节摩擦自锁无法转动，第二关节在驱动力的反作用力下自身绕第一指骨的另一球形末端旋转运动。
一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述每根手指由第一关节、第一指骨、第二关节和末端指骨组成；
所述第一关节与第二关节结构相同，由第一环形振子、第二环形振子、支撑架以及若干弹簧、螺栓组成；
所述第一环形振子与第二环形振子结构基本相同，由四梁环形金属块、四组弯振压电陶瓷片组、四个配重块以及四个紧固螺栓组成，所述四梁环形金属块的每个梁与配重块之间布置有一组弯振电陶瓷片组，每个紧固螺栓穿过配重块、一组弯振压电陶瓷片组以及四梁环形金属块，并将其紧固在一起组成夹心式结构，所述配重块两边设置有两定位孔结构；
所述支撑架为圆环型金属块，每端设置有四个对称的阶梯凹槽与夹心式环形振子的四梁一一对应，所述阶梯凹槽内设置有与环形振子配重块的定位孔对应的圆形通孔，所述支撑架的两端另设有四个圆形通孔，用于与其他部件连接固定；
所述第一环形振子、第二环形振子安装在所述阶梯槽内，螺栓穿过第一环形振子配重块定位孔、弹性垫圈、支撑架，由螺母预紧在一起，预压力可适当调节；螺栓穿过第二环形振子配重块定位孔、支撑，由螺母紧固；
所述第一指骨为两端设置有球形结构的金属长杆，所述球形结构以球铰的形式分别嵌套在第一关节和第二关节的第一环形振子和第二环形振子之间，第一环形振子、第二环形振子与球形结构之间的预压力可通过弹性垫圈调节；
所述手掌平台与每根手指第一关节的支撑架通过螺栓固定在一起；
所述末端指骨为类圆锥形结构，根部与第二关节的支撑架通过螺栓固定在一起；
所述弯振压电陶瓷片组由两片二分区陶瓷片组成，二分区压电陶瓷片沿厚度方向极化，每组弯振压电陶瓷片组的压电陶瓷片极化方向布置相反，所述第一环形振子的每支梁上的压电陶瓷片的布置方式相同，每对压电陶瓷片的极化方向布置相反；所述第二环形振子每一条线上两支梁上的弯振压电陶瓷片的布置方式相反。
图3是本发明中的关节结构爆炸示意图；
图4是本发明中的环形振子结构爆炸示意图；
图5是本发明中的支撑架结构示意图；
图6是本发明中的第一指骨结构示意图；
图7是本发明中的末端指骨结构示意图；
图8是本发明中的第一环形振子中的压电陶瓷片组的极化方式及信号施加方法；
图9是本发明中的第二环形振子中的压电陶瓷片组的极化方式及信号施加方式；
图10是本发明中的第一环形振子对称振动变形图；
图11是本发明中的第二环形振子反对称振动变形图；
其中，1-手掌平台，2-手指；3-第一关节；4-第一指骨；5-第二关节；6-末端指骨；7-螺栓；8-第一环形振子；9-弹性垫圈；10-支撑架；11-螺母；12-第二环形振子；13-配重块；14-弯振压电陶瓷片组；15-四梁环形金属块。
具体实施方式
15的每个梁与配重块13之间布置有一组弯振电陶瓷片组14，每个紧固螺栓穿过配重块13、一组弯振压电陶瓷片组14以及四梁环形金属块15，并将其紧固在一起组成夹心式结构，所述配重块两边设置有两定位孔结构。
所述第二关节的两个自由度运动原理与第一关节相同，区别在于单独对所述第二关节的两个环形振子施加激励时，由于所述第一指骨的一端与第一关节摩擦自锁无法转动，第二关节会在驱动力的反作用力下自身绕第一指骨的另一球形末端旋转运动。
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