[發明專利]一種壓電手指及其激勵方法

在審

• 申請號: 202110090013.2
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112917502A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 鄧杰;劉英想;張仕靜;陳維山;劉軍考;李鍇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J11/00;B25J19/00;B25J19/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明公開了一種壓電手指及其激勵方法，屬于機器人技術領域。本發明的壓電手指，結構包括3個指節和2個指關節，繼承了壓電機構的優點，具有結構簡單，體積小，重量輕，位移分辨率高，斷電自鎖等特點；采用多指節及關節串聯的結構形式，以周期性激勵信號激勵該壓電手指的指節及關節，利用摩擦力驅動其連續步進運動，實現空間大旋轉范圍運動輸出，在生物醫療、微納制造、機器人、航空宇航這些領域具備了良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體地涉及一種壓電手指及其激勵方法。

背景技術

近年來，隨著生物醫療、微納制造、機器人、航空宇航等領域的不斷發展，對超精密指向定位機構的各項技術指標均提出了苛刻的需求，要求其具備結構簡單，體積小，重量輕，指向范圍大等特點。傳統電磁電機驅動的指向機構，需要使用大量傳動機構和轉動副，尺寸大且機構復雜，控制要求高，需要解決其潤滑及長壽命等難點問題，此外，還存在著易受電磁干擾影響等缺點，已經逐漸不能滿足上述領域的發展需求。

而壓電驅動型超精密指向定位機構具有響應快、分辨率高、斷電自鎖、無電磁干擾等優點，易于實現小型化、輕量化及高位移分辨率等特性，在生物醫療、微納制造、機器人、航空宇航這些領域具備了良好的應用前景。

發明內容

為了解決傳統電磁電機驅動的指向機構結構復雜、體積和重量較大，以及易受電磁干擾影響等問題，本發明提出了一種壓電手指及其激勵方法。

本發明是通過以下方案實現的：

一種壓電手指，所述壓點手指包括上指節1、上指關節2、中指節3、中指關節4和下指節5；所述的上指節1、中指節3和下指節5皆可實現彎曲運動輸出，其中，上指節1可實現兩正交方向彎曲運動輸出，中指節3和下指節5可實現單方向彎曲運動輸出；所述上指關節2和中指關節4可以實現旋轉運動輸出，其中，上指關節2可實現兩正交方向旋轉運動輸出，中指關節4可實現單方向旋轉運動輸出；上指節1、中指節3和下指節5通過上指關節2、和中指關節4串聯連接，整體呈指狀；上指節1用于驅動上指關節2實現兩自由度旋轉運動輸出，上指關節2的輸出端與中指節3固定連接，中指節3用于驅動中指關節4實現單方向旋轉運動輸出，中指關節4的輸出端與下指節5固定連接；所述上指節1結構包括上指節底座1-1、上指節驅動器1-2和上指節支架1-3，其中，上指節驅動器1-2用于驅動上指節1實現彎曲運動輸出，上指節支架1-3用于支撐上指關節2；所述中指節3結構包括中指節底座3-1、中指節驅動器3-2和中指節支架3-3，其中，中指節驅動器3-2用于驅動中指節3實現彎曲運動輸出，中指節支架3-3用于支撐中指關節4；所述下指節5由下指節底座5-1和下指節驅動器5-2組成，下指節底座5-1用于支撐下指節驅動器5-2，下指節驅動器5-2用于實現單自由度小角度彎曲運動輸出

進一步地：上指節驅動器1-2、中指節驅動器3-2和下指節驅動器5-2用于輸出彎曲運動，實現彎曲運動的結構為壓電結構，所述壓電結構為貼片式結構、或疊堆式結構、或壓電管。

進一步地：上指關節2和中指關節4用于輸出旋轉運動，實現旋轉運動的結構為軸承結構、齒輪結構或螺紋結構。

進一步地：所述的上指節1和中指節3增加預緊結構，上指節1增加上指節中支架1-4和上指節上支架1-5，通過螺紋連接，調整上指關節2的位置，實現上指節驅動器1-2與上指關節2之間的預緊力調整；中指節3增加中指節中支架3-4和中指節上支架3-5，通過螺紋連接，調整中指關節4的位置，實現中指節驅動器3-2與中指關節4之間的預緊力調整。

進一步地：所述的下指節5末端設有裝配孔，用于安裝各種末端執行器。

進一步地：利用更多指節及指關節實現更大的指向范圍，利用更少的指節及指關節在更小的體積實現特定的指向范圍。

進一步地：利用多個所述的壓電手指并聯的方法構建壓電手，用于實現復雜外形樣本的精密操縱。