[发明专利]一种三自由度机器手关节及其工作方式

摘要

本发明公开了一种三自由度机器手关节及其工作方式，三自由度机器手关节包含至少至少两个关节单元；关节单元包含作动头、金属质量块、底座、纵振压电陶瓷组件、第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件、预紧螺栓、弹簧夹头、底盖、弹簧和接触块。上端关节单元通过接触块及弹簧夹头锁住下端关节单元的作动头的驱动头，并通过弹簧及弹簧夹头对下端关节单元的驱动头施加一定的预压力。通过分别激励关节单元三组陶瓷组件中任意两组产生两相振型，两相振型在作动头的驱动头上耦合，使质点做椭圆运动，通过摩擦作用使前端关节单元实现绕X、Y和Z轴的转动。本发明响应快，精度高，结构简单，具有广阔前景。

主权项

1.一种三自由度机器手关节，其特征在于，至少包括两个关节单元，所述关节单元依次相连；所述关节单元包含作动头、金属质量块、底座、纵振压电陶瓷组件、第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件、预紧螺栓、弹簧夹头、底盖、弹簧和接触块；所述作动头包含驱动头、连接部、法兰盘和圆柱，其中，所述驱动头为球形；所述连接部为连续变截面结构，其截面为圆形，且其最小截面与驱动头的下端固定相连、最大截面与圆柱的上端固定相连；所述法兰盘设置在所述连接部和圆柱的连接处；所述作动头的轴线上设有和所述预紧螺栓相配合的螺纹孔；所述弹簧夹头为上端开口、内部中空的圆柱体，其下端设有用于锁住所述驱动头的圆孔；所述底座包含主体、第一固定环和第二固定环，其中，所述主体为上端开口、下端封闭的圆柱体；所述第一固定环、第二固定环均为上下开口的圆柱体，所述第一固定环的半径大于所述第二固定环；所述第一固定环和第二固定环的上端均和所述主体的底面固定相连，且主体、第一固定环、第二固定环同轴设置；所述纵振压电陶瓷组件、金属质量块、第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件均为圆柱形，依次从上到下设置在所述底座的主体内；所述纵振压电陶瓷组件、金属质量块、第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件、底座主体的底面同轴设置且在轴心均设有供预紧螺栓穿过的通孔；预紧螺栓依次穿过底座主体的底面、第二弯振压电陶瓷组件、第一弯振压电陶瓷组件、金属质量块、纵振压电陶瓷组件和作动头上的螺纹孔螺纹连接，将纵振压电陶瓷组件、金属质量块、第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件夹紧在作动头和底座主体的底面之间；所述底盖包含第一套接环和凸环，所述第一套接环为上下开口的圆柱体，所述凸环设置在所述第一套接环的上端，和所述第一套接环固定相连；所述底盖的凸环设置在第一固定环、第二固定环之间；所述接触块包含连接板、第二套接环和接触环，其中，所述第二套接环、接触环均为上下开口的空心圆柱；所述第二套接环的下端通过连接板和所述接触环的上端固定相连，且所述第二套接环、接触环同轴设置；所述第一套接环和第二套接环通过套接进行间隙配合，使得接触块和底盖之间能够上下滑动；所述弹簧套在所述第一套接环和第二套接环外，一端和所述底盖的凸环相抵，另一端和所述接触块的连接板相抵；所述弹簧夹头上端和所述作动头的法兰盘固定相连，下端的圆孔锁住与其相连的关节单元的驱动头；所述接触块中接触环的下端和所述弹簧夹头锁住的驱动头相抵；所述纵振压电陶瓷组件用于产生纵振传播至所述驱动头；所述第一弯振压电陶瓷组件、第二弯振压电陶瓷组件均用于产生弯振传播至所述驱动头，且第一弯振压电陶瓷组件产生的弯振和第二弯振压电陶瓷组件产生的弯振在空间上存在π/2相位差。