[发明专利]采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及机器人技术中的旋转机械臂技术领域。

背景技术

机械臂相关技术一直是机器人技术领域的核心和关键，其最为基本的驱动形式包括旋转型和直线型。现有的旋转机械臂一般都采用旋转电磁电机作为驱动元件，由于电磁电机输出转速较高、出力小，一般需要配合减速器实现减速、增力的目的，这使得机械臂的机构十分复杂，成本高；由于电磁电机本人无自锁功能，实现机械臂自锁一种方法是给电机保持一种上电状态，这种方式会带来不必要的能源损耗；另一种方法是增加有自锁功能的外部机构，这种方式会使得机械臂结构变得更为复杂；此外，电磁电机工作过程中存在会产生电磁干扰，对于外部电子场的存在也会影响电机的正常工作，这使得电磁电机驱动型机械臂在应用到电磁敏感的场合（例如半导体制造业）时，需要进行电磁隔离设计，这也会使得机械臂系统变得复杂而庞大。

发明内容

本发明为了解决现有电磁电机驱动型机械臂结构复杂和受电磁干扰影响的问题，提出了采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂。

采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂，其特征在于，它包括压电超声振子、转子、中心轴、转动臂、固定臂、蝶形弹簧、推力轴承和预紧螺母，所述压电超声振子包括n个后端盖、n个前端盖、n个驱动足、n个安装座和4n个压电陶瓷，n为大于或等于3的正整数，所述后端盖为正方体结构，且沿圆周方向均匀分布，前端盖为截面逐渐变细的块体，前端盖的底面与后端盖的一面固定连接，后端盖的四个侧面分别固定一个压电陶瓷，前端盖的顶面与驱动足固定连接，每两个相邻的后端盖之间均固定有安装座，固定臂上加工有通孔，中心轴穿过所述通孔，并通过轴承与固定臂转动连接，压电超声振子套在中心轴的外侧，并通过安装座固定在固定臂的上表面，转子的中心开有通孔，所述通孔套在中心轴的顶端外侧，转子的下端面与驱动足接触，转动臂固定在转子的上端面，蝶形弹簧套在中心轴的底端外侧，且所述蝶形弹簧的上端面与固定臂的下表面接触，中心轴的底端旋合有预紧螺母，且蝶形弹簧与预紧螺母之间固定有推力轴承。

有益效果：本发明提出的采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂，通过给压电陶瓷施加交流电压，使得振子产生谐振，进而在驱动足处形成椭圆轨迹振动，进一步通过驱动足和转子之间的摩擦耦合实现转子的旋转运动输出，转子带动转动臂实现机械臂的转动；当给压电振子施加的电压信号断开时，由于驱动足和转子之间的静摩擦力可以实现机械臂的自锁。

本发明提出的采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂充分利用了压电超声振子低速、大转矩的优点实现了机械臂的直接驱动，省略了减速器等中间组件，使得机构十分简单，有利于提高工作可靠性、降低成本、降低机械臂自重、简化加工和装配工艺；超声电机由于采用摩擦驱动，无电磁干扰，也不受电子干扰，有效客服了传统电磁电机驱动型机械臂所存在的电磁干扰问题。此外，该机械臂的自锁力取决于驱动足和导轨之间的静摩擦力，自锁过程中没有能量消耗。

通过压电超声振子实现机械臂的直接驱动，具有结构简单、成本低、重量小、加工装配十分简便、断电自锁、无电磁干扰、安全性高和易于实现系列化的突出优点。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的采用压电超声振子驱动的单自由度旋转机械臂的结构示意图；

图2为具体实施方式一所述的压电超声振子的结构示意图；

图3为具体实施方式三所述的n个后端盖1-1、n个前端盖1-3、n个驱动足1-4、n个安装座1-5和薄壁梁1-6组成的一体件的俯视图。

具体实施方式