一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109514591A(43)申请公布日2019.03.26(21)申请号201811440775.5(22)申请日2018.11.29(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人杨颖陈海乾金家楣洪鑫邱建敏李秀秀(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔徐晓鹭(51)Int.Cl.B25J15/00(2006.01)B25J15/02(2006.01)B25J17/02(2006.01)H02N2/10(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种基于球形关节的夹心式压电机械手及其控制方法(57)摘要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。CN109514591ACN109514591A权利要求书1/2页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2CN109514591A权利要求书2/2页振，诱发出第二环形振子整体的反对称弯曲模态，两环