[實用新型]基于壓電驅動的托卡馬克裝置軌道檢測系統

有效

• 申請號: 202020199218.5
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN212230084U
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王瑞鋒;馮浩人;王亮;金家楣;郝博;王鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G21B1/25
• 分類號: G21B1/25
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.基于壓電驅動的托卡馬克裝置軌道檢測系統，所述托卡馬克裝置周向設有四個檢測窗口，其特征在于，包含第一至第四機械臂、第一至第四鎖緊機構和運載機器人；

所述第一至第四機械臂均包含轉盤、轉盤驅動模塊、連接塊、第一至第二支撐臂、第一至第三連接臂、以及三個角度調節模塊；

所述轉盤驅動模塊用于驅動所述轉盤轉動；

所述連接塊固定在轉盤的上端面上；

所述第一、第二支撐臂均為兩端開口的直線條狀空心管，所述第一至第三連接臂為兩端開口的弧形條狀空心管；

所述角度調節模塊包含第一壓電作動器、第二壓電作動器、連接軸、第一連接圓環、第二連接圓環、彈簧以及第一至第四軸承；

所述第一壓電作動器、第二壓電作動器均包含驅動圓環、連接桿、矩形梁、安裝架、第一至第二扭振壓電元件組、以及第一至第二彎振壓電元件組；所述矩形梁為長方體，包含第一至第四側面和兩個端面，其中，第一側面平行于第三側面，第二側面平行于第四側面；所述連接桿為柱體，其一個端面和所述矩形梁的一個端面固連，另一個端面為弧面、和所述驅動圓環的側面固連；所述連接桿、矩形梁同軸且軸線經過所述驅動圓環的中心，所述驅動圓環的兩個端面和矩形梁的第一側面平行；所述安裝架包含對稱設置在第二側面中心、第四側面中心的第一安裝片、第二安裝片，所述第一安裝片、第二安裝片上均設有通孔，用于固定旋轉壓電作動器；所述第一扭振壓電元件組、第二扭振壓電元件組對稱設置在第一側面中心、第三側面中心，均包含第一至第四扭振壓電元件，所述第一至第四扭振壓電元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，均沿厚度方向極化且相鄰扭振壓電元件的極化方向相反；所述第一扭振壓電元件組、第二扭振壓電元件組的扭振壓電元件的極化方向相反；所述第一彎振壓電元件組、第二彎振壓電元件組對稱設置在第一側面、第三側面上，均包含兩個沿厚度方向極化的彎振壓電元件；第一彎振壓電元件組的兩個彎振壓電元件對稱設置在所述第一扭振壓電元件組的兩側、和所述矩形梁粘接，且極化方向相同；所述第一彎振壓電元件組、第二彎振壓電元件組中彎振壓電元件的極化方向相同；所述驅動圓環的一個端面上周向均勻設有m個驅動齒，m為大于等于3的自然數；

所述第一連接圓環、第一壓電作動器的驅動圓環、第二壓電作動器的驅動圓環、第二連接圓環依次層疊，內壁分別通過第一至第四軸承和所述連接軸相連；第一壓電作動器的驅動圓環上的驅動齒和所述第一連接圓環靠近第一壓電作動器驅動圓環的端面相抵，第二壓電作動器的驅動圓環上的驅動齒和所述第二連接圓環靠近第二壓電作動器驅動圓環的端面相抵；所述彈簧套在連接軸上，一端和所述第一壓電作動器的驅動圓環相抵、另一端和所述第二壓電作動器的驅動圓環相抵；

所述第一支撐臂平行于轉盤設置，一端和所述連接塊固連；

所述第二支撐臂一端和所述第一連接臂外弧的中點固連；

所述第一支撐臂的另一端、第一至第二連接臂的一端均設有用于固定角度調節模塊第一壓電作動器安裝架、第二壓電作動器安裝架的固定架；

所述三個角度調節模塊中，第一個角度調節模塊的第一壓電作動器安裝架、第二壓電作動器安裝架均和所述第一支撐臂上的固定架固連，第一個角度調節模塊的第一連接圓環、第二連接圓環均和所述第二支撐臂遠離第一連接臂的一端固連；第二個角度調節模塊的第一壓電作動器安裝架、第二壓電作動器安裝架均和第一連接臂上的固定架固連，第二個角度調節模塊的第一連接圓環、第二連接圓環均和第二連接臂未設有固定架的一端固連；第三個角度調節模塊的第一壓電作動器安裝架、第二壓電作動器安裝架均和第二連接臂上的固定架固連，第三個角度調節模塊的第一連接圓環、第二連接圓環均和第三連接臂的一端固連；

所述第一至第二支撐臂、第一至第三連接臂均在同一平面上，通過所述三個角度調節模塊調節第一支撐臂和第二支撐臂之間、第一連接臂和第二連接臂之間、第二連接臂和第三連接臂之間的展開角度；

所述第一至第四鎖緊機構均包含第一鎖件、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；

所述螺紋鎖桿的螺桿從所述驅動定子的第二端面旋入驅動定子的螺紋通孔中；

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；

所述第一至第四機械臂的第一連接臂未設有固定架的一端均設有用于固定第一至第四鎖緊機構第一鎖件的第一安裝片，第一至第四機械臂的第三連接臂遠離其第二連接臂的一端均設有用于固定第一至第四鎖緊機構第一鎖件的第二安裝片；

所述第一至第四鎖緊機構的第一鎖件通過其法蘭盤一一對應固定在所述第一至第四機械臂的第一安裝片上，所述第一至第四鎖緊機構的第二鎖件一一對應固定在第二機械臂、第三機械臂、第四機械臂、第一機械臂的第二安裝片上；

所述第一至第四機械臂用于將其第一至第三連接臂分別從托卡馬克裝置的四個檢測窗口伸入形成四分之一圓的弧形軌道；所述第一至第四鎖緊機構用于將第一至第四機械臂形成的四個四分之一圓的弧形軌道首尾連接起來形成在托卡馬克裝置真空室外壁、內壁之間的圓形軌道；

所述運載機器人設置在所述第一至第四機械臂形成的圓形軌道上，用于裝載檢測裝置并接受指令在所述圓形軌道上運動。