本发明属于精密工程、微机电系统、自动化控制，尤其涉及一种压电电机驱动的机械臂装置及其驱动方法。
背景技术：
1、本发明以压电驱动技术为背景发明。常规旋转压电电机多采用面内或面外行波驱动，驱动力矩提升困难，且要在某角度范围内驱动还需添加额外部件，导致结构总重增加。而贴片式压电旋转机构利用压电材料的特性，通过特定的结构设计，能够实现更高效、更精确的旋转运动，且在一些特定领域具有不受电磁干扰、结构紧凑简单等优势。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种压电电机驱动的机械臂装置及其驱动方法，以解决背景技术提到的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本发明的具体技术方法如下：
3、一种压电电机驱动的机械臂装置，包含若干个依次相连的压电旋转关节、底座连接件、底座、第二作动器和第三作动器，压电旋转关节包括第一作动器、连接臂和支架；支架右侧设有十字凸台，支架左侧设有多个螺纹孔；
4、第一作动器包括压电定子、第一转子和第二转子；
5、第二作动器包括第一底转子、第二底转子和压电定子；
6、第三作动器包含第一平转子、第二平转子和压电定子；
7、所述压电定子包含第一振梁、第二振梁、连接柱、以及第一至第八压电陶瓷片；所述第一转子和第二转子固定连接形成转子，转子是空心圆柱，压电定子的连接柱贯穿转子从而将转子固定在第一振梁与第二振梁之间且不影响转子转动，转子通过预紧组件与压电定子的连接柱连接；所述第一振梁与第二振梁与连接柱固定连接；第一至第四压电陶瓷片分别与第一振梁的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁固定连接；第五至第八压电陶瓷片分别与第二振梁的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁固定连接；
8、所述第一振梁、第二振梁均为长方体，形状相同，均包含两个端面和四个侧壁；
9、所述连接柱的两个端面分别和第一振梁的右端面、第二振梁的左端面固定相连，且第一振梁、连接柱、第二振梁的轴线均在同一直线上；所述第一振梁、连接柱、第二振梁沿轴线设有贯穿第一振梁、连接柱、第二振梁的通孔，且第一振梁的左端面上、第二振梁的右端面上均设有和十字凸台相匹配的凹槽；
10、第一至第八压电陶瓷片均沿厚度方向极化，且第一、第三、第五、第七压电陶瓷片的极化方向相同，第二、第四、第六、第八压电陶瓷片的极化方向相同；
11、所述第一作动器两端的凹槽分别与两侧支架右侧的十字凸台拼接相连；支架的左侧通过螺丝与连接臂的右端相连；
12、第二作动器一端与底座固定连接，另一端通过螺丝与底座连接件相连接；底座连接件是圆盘形状，上表面有两个与上表面垂直的十字凸台；底座连接件底面设有螺纹孔与底转子通过螺丝相连相连；两个十字凸台与第二作动器上的凹槽相配合；第一底转子、第二底转子为两个半圆柱体，经过螺丝加固后形成一个完整的圆柱体为底转子，压电定子一端与底座相粘合，另一端与底座连接件相粘合；
13、第一平转子和第二平转子的形状都为半圆柱体，经过螺丝加固后形成一个完整的圆柱体为平转子；平转子一端有若干个预设孔位，可以安装其他机械部件；第三作动器靠近连接臂的一端设有十字凹槽，u型支架上设有十字凸台，十字凸台与第三作动器的十字凹槽相配合；u型支架与连接臂通过螺丝相连。第一作动器中的第二转子与短臂的左端通过螺丝相连；短臂与第一作动器中的第一转子通过螺丝固连。
14、进一步的，第一至第四压电陶瓷片分别与第一振梁的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁通过环氧树脂粘合在一起；第五至第八压电陶瓷片分别与第二振梁的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁通过环氧树脂粘合在一起。
15、进一步的，所述连接柱为圆柱体，其两个端面分别和第一振梁的右端面、第二振梁的左端面通过环氧树脂固定相连；第二作动器一端与底座通过环氧树脂相粘连。
16、进一步的，所述连接臂包括长臂和短臂，长臂和短臂均呈圆角长板状。
17、进一步的，底转子中一个半圆柱体侧面设有若干调节螺纹孔，另一个半圆柱体侧面上设有和调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；预紧组件包含和半圆柱体上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应一个半圆柱体上的沉头孔后和其对应的另一个半圆柱体上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和半圆柱体上的沉头孔相抵，使得两个半圆柱体抱紧形成空心圆柱，第二作动器的连接柱被空心圆柱抱紧，且两半圆柱体的内壁均和连接柱相抵。
18、进一步的，第二平转子侧面设有若干调节螺纹孔，所述第一平转子上设有和第二平转子上的调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；预紧组件包含和第二平转子上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应第一平转子上的沉头孔后和其对应的第二平转子上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和第一平转子沉头孔相抵，使得第一平转子、第二平转子抱紧形成空心圆柱，所述第三作动器的连接柱被空心圆柱抱紧，且第一平转子、第二平转子的内壁均和所述连接柱相抵。
19、进一步的，所述第一振梁和第二振梁的外侧均设有圆形凸台，以限制第一转子、第二转子轴向移动。
20、进一步的，所述第二转子上设有若干调节螺纹孔，所述第一转子上设有和第二转子上的调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；所述预紧组件包含和第二转子上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应第二转子上的沉头孔后和其对应的第一转子上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和第二转子沉头孔相抵，使得第一转子、第二转子抱紧形成空心圆柱，连接柱贯穿空心圆柱，且第一转子、第二转子的内壁均和连接柱相抵；
21、本发明还公开了一种压电电机驱动的机械臂装置的驱动方法，包括以下步骤：
22、对第一、第三、第五、第七压电陶瓷片施加第一相驱动电压，对第二、第四、第六、第八压电陶瓷片施加第二相驱动电压，调节第一相驱动电压和第二相驱动电压使得其相位差为π/2，使压电定子在径向方向上产生两个正交的一阶弯振，使连接柱侧壁上的质点则做椭圆运动，在摩擦力的作用下驱动第一转子与第二转子转动；若需要驱动第一转子与第二转子反向转动，调整调节第一相驱动电压和第二相驱动电压使得其相位差为-π/2。
23、本发明的一种压电电机驱动的机械臂装置及其驱动方法，具有以下优点：
24、1、本发明的压电旋转关节，能够根据用户使用情况以及需要的自由度进行修改从而实现非常精确的旋转运动，满足对位置和角度精度要求极高的应用场景；
25、2、本发明体积小，结构简单，这使其易于集成到小型化和微型化的设备中，节省空间；
26、3、本发明的压电转子运行时产生的噪声相对于老式旋转机构小，适用于对噪声有严格要求的环境。
1.一种压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，包含若干个依次相连的压电旋转关节、底座连接件(8)、底座(10)、第二作动器和第三作动器，压电旋转关节包括第一作动器(6)、连接臂和支架；支架右侧设有十字凸台，支架左侧设有多个螺纹孔；
2.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，第一至第四压电陶瓷片分别与第一振梁(14)的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁通过环氧树脂粘合在一起；第五至第八压电陶瓷片分别与第二振梁(16)的上侧壁、前侧壁、下侧壁、后侧壁通过环氧树脂粘合在一起。
3.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，所述连接柱(15)为圆柱体，其两个端面分别和第一振梁(14)的右端面、第二振梁(16)的左端面通过环氧树脂固定相连；第二作动器(7)一端与底座(10)通过环氧树脂相粘连。
4.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，所述连接臂包括长臂(11)和短臂(4)，长臂(11)和短臂(4)均呈圆角长板状。
5.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，底转子中一个半圆柱体侧面设有若干调节螺纹孔，另一个半圆柱体侧面上设有和调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；预紧组件包含和半圆柱体上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应一个半圆柱体上的沉头孔后和其对应的另一个半圆柱体上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和半圆柱体上的沉头孔相抵，使得两个半圆柱体抱紧形成空心圆柱，第二作动器(7)的连接柱被空心圆柱抱紧，且两半圆柱体的内壁均和连接柱相抵。
6.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，第二平转子(2)侧面设有若干调节螺纹孔，所述第一平转子(1)上设有和第二平转子(2)上的调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；预紧组件包含和第二平转子(2)上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应第一平转子(1)上的沉头孔后和其对应的第二平转子(2)上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和第一平转子(1)沉头孔相抵，使得第一平转子(1)、第二平转子(2)抱紧形成空心圆柱，所述第三作动器的连接柱被空心圆柱抱紧，且第一平转子(1)、第二平转子(2)的内壁均和所述连接柱相抵。
7.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，所述第一振梁和第二振梁的外侧均设有圆形凸台，以限制第一转子、第二转子轴向移动。
8.根据权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置，其特征在于，所述第二转子上设有若干调节螺纹孔，所述第一转子上设有和第二转子上的调节螺纹孔一一对应的沉头孔，各个螺纹孔与其对应的沉头孔贯通，以便螺丝固定；所述预紧组件包含和第二转子上的调节螺纹孔一一对应的预紧元件；所述预紧元件包含调节螺栓和预紧弹簧，其中，所述调节螺栓包含依次同轴相连的螺帽、光柱和螺柱，所述预紧弹簧套在所述光柱上，预紧弹簧的一端和所述螺帽相抵；调节螺栓的螺柱穿过其对应第二转子上的沉头孔后和其对应的第一转子上的调节螺纹孔螺纹相连，预紧弹簧的另一端和第二转子沉头孔相抵，使得第一转子、第二转子抱紧形成空心圆柱，连接柱(15)贯穿空心圆柱，且第一转子、第二转子的内壁均和连接柱(15)相抵。
9.一种用于权利要求1所述的压电电机驱动的机械臂装置的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
