[發(fā)明專利]一種水下全開放式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810301115.2
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108436965B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉子龍;金家楣;王方一;于鵬鵬;蔣正
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B63C11/52
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種水下全開放式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包含若干個依次相連的全開放式關(guān)節(jié)；

所述全開放式關(guān)節(jié)包含壓電振子和連接組件；

所述壓電振子包含兩個金屬材質(zhì)的懸梁臂、兩個壓電陶瓷片和一個圓環(huán)結(jié)構(gòu)；

所述懸梁臂包含根部和漸變部，其中，根部呈長方體，漸變部為變截面結(jié)構(gòu)，漸變部橫截面較大的一端和所述長方體的一端固連、橫截面較小的一端和所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)的外壁固連；

所述兩個懸梁臂的根部之間平行，兩個懸梁臂漸變部之間的距離從橫截面較大的一端到橫截面較小的一端逐漸縮小；

所述兩個懸梁臂的根部上均對應(yīng)設(shè)有用于和相鄰全開放式關(guān)節(jié)的連接組件相連的通孔；

所述兩個壓電陶瓷片分別對應(yīng)設(shè)置在所述兩個懸梁臂漸變部的內(nèi)側(cè)；

所述連接組件包含固定螺帽、兩個墊片、兩個彈性環(huán)、兩個連接塊和固定螺栓；

所述連接塊呈空心圓臺狀，其較小端面的中心開有供所述固定螺栓穿過的通孔，其較大端面的中心設(shè)有用于放入所述彈性環(huán)和墊片的通孔，且其較大端面上設(shè)有兩個相互平行的安裝足；

所述兩個連接塊的較小端面相抵，兩個連接塊的外壁分別和所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)相抵、將所述圓環(huán)結(jié)構(gòu)夾在兩個連接塊之間；

所述兩個彈性環(huán)分別置于兩個連接塊內(nèi)，所述兩個墊片分別對應(yīng)設(shè)置在兩根彈性環(huán)的外側(cè)；

所述固定螺栓依次穿過其中一個墊片、兩個彈性環(huán)、另一個墊片后和所述固定螺帽螺紋連接；

所述連接塊較大端面上的兩個安裝足之間形成用于放置其他全開放式關(guān)節(jié)懸梁臂根部的矩形槽，且兩個安裝足上均設(shè)有和相鄰全開放式關(guān)節(jié)對應(yīng)懸梁臂上的通孔相匹配的通孔，所述兩個安裝足和相鄰全開放式關(guān)節(jié)對應(yīng)懸梁臂通過螺栓固連；

所述壓電振子中的兩個懸梁臂均接地，兩個壓電陶瓷片分別接外部驅(qū)動信號；

所述全開放式關(guān)節(jié)所在平面和其相鄰全開放式關(guān)節(jié)所在平面正交；

所述兩個壓電陶瓷片采用環(huán)氧樹脂膠膠合的方式對應(yīng)設(shè)置在所述兩個懸梁臂漸變部的內(nèi)側(cè)；

所述兩個壓電陶瓷片均為矩形片，且外壁均做絕緣處理，沿垂直于自身且遠(yuǎn)離另一個壓電陶瓷片的方向極化。

2.基于權(quán)利要求1所述的水下全開放式關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作方法，其特征在于，包含以下步驟：

對于每個全開放式關(guān)節(jié)，分別激勵其壓電振子中的兩個壓電陶瓷片，使其兩個懸臂梁上分別產(chǎn)生時間上具有π/2相位差的兩個相同的n階彎振振型，從而使壓電振子的圓環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生兩個在時間和空間上都具有π/2相位差的同型振動模態(tài)，通過兩個模態(tài)的耦合形成旋轉(zhuǎn)行波，使得壓電振子的圓環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生微幅橢圓運(yùn)動，經(jīng)摩擦驅(qū)動連接組件轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動該全開放式關(guān)節(jié)的運(yùn)動。