[發明專利]一種基于壓電驅動的關節鎖緊機構及其工作方法

有效

• 申請號: 202010111261.6
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111152187B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 王亮;馮浩人;王瑞鋒;金家楣;王鑫;郝博
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J5/02
• 分類號: B25J5/02;B25J17/00;B25J19/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種基于壓電驅動的關節鎖緊機構，其特征在于，包含第一鎖件、第二鎖件和螺紋鎖桿；

所述螺紋鎖桿包含依次同軸固連的螺柱、光柱和限位圓盤，螺柱和光柱的底面半徑相同，限位圓盤的底面半徑大于光柱的底面半徑；

所述第一鎖件包含配重塊、第一至第四圓環形壓電元件、第一至第三電極片、連接柱、沉頭螺栓、法蘭盤和螺紋管；

所述配重塊為圓柱體，其沿軸線設有沉頭通孔；所述連接柱為圓柱體，其一個端面的中線設有和所述沉頭螺栓相匹配的螺紋孔；所述沉頭螺栓依次穿過配重塊的沉頭通孔、第一圓環形壓電元件、第一電極片、第二圓環形壓電元件、第二電極片、第三圓環形壓電元件、第三電極片、第四圓環形壓電元件后和所述連接柱的螺紋孔螺紋相連，將第一至第四圓環形壓電元件、第一至第三電極片固定在配重塊和連接柱之間；

所述螺紋管為兩端開口的空心圓柱體，其內壁上設有和所述螺紋鎖桿的螺柱相匹配的螺紋；

所述法蘭盤一端和所述螺紋管的一端固連、另一端和所述連接柱遠離配重塊的一端固連，且法蘭盤周向均勻設有若干用于固定第一鎖件的通孔；

所述第二鎖件包含驅動定子和第一至第四矩形壓電元件；

所述驅動定子為長方體，包含第一端面、第二端面、以及第一至第四側面，其中，第一端面、第二端面均為正方形，第一至第四側面依次相連，第一側面平行于第三側面，第二側面平行于第四側面；所述驅動定子其沿軸線設有和螺紋鎖桿的螺柱相匹配的螺紋通孔；

所述第一端面上設有若干用于固定第二鎖件的螺紋孔；

所述第一至第四矩形壓電元件一一對應設置在所述驅動定子的第一至第四側面上；

所述驅動定子的螺紋通孔的長度小于螺紋鎖桿光柱的長度，所述螺紋管的長度大于螺紋鎖桿螺柱的長度，且螺紋管、螺紋鎖桿螺柱的長度差大于驅動定子的螺紋通孔、螺紋鎖桿光柱的長度差；

所述第一至第四圓環形壓電元件均沿其厚度方向極化，沿其直徑為分界線兩分區，兩個分區極化方向相反；所述第一圓環形壓電元件和第二圓環形壓電元件的分區分界線平行，同一側分區的極化方向相反；所述第三圓環形壓電元件和第二圓環形壓電元件的分區分界線相互垂直；所述第四圓環形壓電元件和第三圓環形壓電元件的分區分界線平行，同一側分區的極化方向相反；

所述第一至第四矩形壓電元件均沿其厚度方向極化，第一矩形壓電元件和第三矩形壓電元件極化方向相同，第二矩形壓電元件和第四矩形壓電元件極化方向相同。

2.基于權利要求1所述的基于壓電驅動的關節鎖緊機構的第二鎖件驅動方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟A.1），同時對第一、第三矩形壓電元件施加第一相簡諧電壓信號，對第二矩形壓電元件、第四矩形壓電元件施加第二相簡諧電壓信號，激勵出驅動定子在空間上具有π/2相位差的同形彎振模態，調整兩相簡諧電壓信號在時間的相位差為π/2，兩個模態的耦合使螺紋通孔呈現旋轉彎曲振動，在螺紋的嚙合下驅動螺紋鎖桿旋進或者旋出；

步驟A.2），若需要螺紋鎖桿反向運動，調整第一、第二簡諧電壓信號在時間的相位差為-π/2，螺紋通孔做相反的旋轉彎曲振動，在螺紋的嚙合下驅動螺紋鎖桿反向運動。

3.基于權利要求1所述的基于壓電驅動的關節鎖緊機構的第一鎖件驅動方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟B.1），同時對第一電極片、第三電極片上分別施加兩相簡諧電壓信號，激勵出螺紋管的在空間上具有π/2相位差的同形彎振模態，調整兩相簡諧電壓信號在時間的相位差為π/2，兩個模態的耦合使螺紋管呈現旋轉彎曲振動，在螺紋的嚙合下驅動螺紋鎖桿旋進或者旋出；

步驟B.2），若需要螺紋鎖桿反向運動，調整兩相簡諧電壓信號在時間的相位差為-π/2，螺紋管做相反的旋轉彎曲振動，在螺紋的嚙合下驅動螺紋鎖桿反向運動。