一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置的制作方法

本发明涉及压电驱动装置制造，具体涉及一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置。

背景技术：

1、传统的高运动精度或高运动分辨率的旋转机构通常会使用弧形导轨或回转轴承约束运动自由度，并使用电机驱动。但是这些旋转机构存在结构复杂、体积大以及会产生运动间隙等问题。

2、压电陶瓷-柔性铰链执行器作为新型精密执行器，因其分辨率高、响应快、能耗低、不受电磁干扰、操作稳定等优势被广泛应用于超精密组装、超精密加工、精密光学工程、机器人以及诸多民用领域。柔性铰链结构以机械变形代替机械配合的传动作用，可以有效消除机械配合的摩擦和间隙问题，同时也可以使得结构更为紧凑小巧。

3、目前已有一些压电陶瓷-柔性铰链结构方案实现旋转功能，但是这些机构的旋转中心大多位于整体结构之内。而在实际的许多使用场景中，旋转中心即是其它末端执行机构操作区域，因此需要旋转机构对此空间进行结构避让。但是目前尚未有旋转中心置于结构之外的压电陶瓷-柔性铰链结构方案。同时，由于压电陶瓷驱动位移量非常微小，如何使用柔性铰链机构对压电陶瓷的位移量进行放大以实现大的转角也是压电陶瓷-柔性铰链机构设计的一大难题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，在驱动执行器转动的过程中能够避免旋转驱动装置与执行器的操作区域发生干涉；且实现了由压电驱动器的直线输出到转动输出、再到放大转动角度的转化，以提升对作业工况的适用性。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，包括四连杆组件，所述四连杆组件包括形成闭环连接的4个连杆，相邻的所述连杆之间通过第一柔性铰链连接；所述连杆包括互相连接的驱动连杆和远心连杆，所述驱动连杆和远心连杆之间的第一柔性铰链对应点a；所述驱动连杆的一侧安装有压电驱动器，所述压电驱动器与所述远心连杆之间通过第二柔性铰链传动连接；所述连杆还包括近心连杆，所述近心连杆连接在驱动连杆远离远心连杆一侧，所述近心连杆和驱动连杆之间的第一柔性铰链对应点b；所述连杆还包括传动连杆，所述传动连杆分别与远心连杆和近心连杆通过第一柔性铰链连接且对应的连接点分别为点c和点d；连线点a、b、d、c形成平面四边形，线段ac的长度大于线段bd的长度；所述远心连杆和近心连杆之中，其中的一个连杆用于作为四连杆组件的安装基座，另一个连杆用于安装执行器；

4、执行旋转驱动时，所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯在四连杆组件所在平面区域的外侧，具体的，所述执行器的作业端设置在近心连杆外远离远心连杆一侧，所述执行器的作业端与所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯对应。

5、基于上述结构，本技术所述的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，用于驱动执行器相对于安装基座旋转，以调整执行器作业时的姿态，所述执行器可以是夹爪，则执行器的作业端为夹爪夹头的中心。所述的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置其使用方法是：给压电驱动器施加电压后，所述压电驱动器驱动四连杆组件中的远心连杆和近心连杆之间产生相对旋转运动，从而实现执行器相对于安装基座转动。由于，所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯在四连杆组件所在平面区域的外侧，即安装于所述远心连杆或近心连杆上的执行器的转动轴芯在四连杆组件的外侧，此外，所述执行器的作业端与所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯对应。因此，所述执行器的作业端的转动轴芯在四连杆组件的外侧。故所述的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置在驱动执行器转动的过程中能够避免旋转驱动装置与执行器的操作区域发生干涉。其驱动原理是：所述压电驱动器、驱动连杆以及分别与压电驱动器、驱动连杆通过柔性铰链连接的远心连杆构成输出转换机构，将压电驱动器的直线输出转化为驱动连杆的转动；所述四连杆组件由于线段ac的长度大于线段bd的长度，形成了角度放大机构，使得远心连杆和近心连杆之间的角度变化量大于驱动连杆的转动量。

6、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，点a、b和点c、d连线的延长线交于点o，点o位置预设为所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯所在的位置。作为本技术的优选方案，点o可近似作为执行器旋转的中心点，方便定位执行器的作业端。

7、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述第二柔性铰链对应点e，点a、e的连线垂直于压电驱动器的驱动轴线。作为本技术的优选方案，能够减少所述远心连杆对应于第二柔性铰链位置相对于压电驱动器在垂直于压电驱动器驱动轴线方向上的耦合位移。

8、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，线段ab的长度大于点a到所述压电驱动器的驱动轴线的距离。作为本技术的优选方案，点a到所述压电驱动器的驱动轴线的距离即ae的距离一定的情况下，增加ab的长度能够增大点b的位移量。

9、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述四连杆组件由一块板料通过线切割成型，4个所述连杆呈板状。作为本技术的优选方案，所述连杆采用板状形式区别于传统的直线延伸型连杆，以提升各个连杆在板平面上的刚性，防止连杆因为刚性不足吸收压电驱动器产生的形变量，导致运动轨迹产生偏差。

10、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述远心连杆和近心连杆上设有安装孔。作为本技术的优选方案，所述安装孔用于安装执行器或者将所述四连杆组件对应基座的连杆进行固定。

11、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述近心连杆上的第一柔性铰链的构型为直梁型柔性铰链。作为本技术的优选方案，所述近心连杆上的第一柔性铰链的旋转角度较大，采用直梁型铰链结构能够降低结构内应力。

12、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述远心连杆上的第一柔性铰链的构型为直圆形柔性铰链。

13、进一步的，所示的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述四连杆组件的材料为17-4ph不锈钢。作为本技术的优选方案，17-4ph不锈钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，主要成分包括铜、铌和钽，这些元素的添加使得材料17-4ph不锈钢具有高强度、高硬度、良好的耐磨性、优异的抗疲劳强度和屈服强度。

14、上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

15、1. 本发明提供了一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，由于，所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯在四连杆组件所在平面区域的外侧，即安装于所述远心连杆或近心连杆上的执行器的转动轴芯在四连杆组件的外侧，此外，所述执行器的作业端与所述远心连杆或近心连杆的转动轴芯对应。因此，所述执行器的作业端的转动轴芯在四连杆组件的外侧。故所述的一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置在驱动执行器转动的过程中能够避免旋转驱动装置与执行器的操作区域发生干涉。

16、2. 本发明提供了一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，所述压电驱动器、驱动连杆以及分别与压电驱动器、驱动连杆通过柔性铰链连接的远心连杆构成输出转换机构，将压电驱动器的直线输出转化为驱动连杆的转动；所述四连杆组件形成了角度放大机构，使得远心连杆和近心连杆之间的角度变化量比驱动连杆的转动量大预设值。实现了由压电驱动器的直线输出到转动输出、再到放大转动角度的转化。

17、3. 本发明提供了一种压电陶瓷驱动外定心旋转驱动装置，点o可近似作为执行器旋转的中心点，方便定位执行器的作业端。