CN111181435A - 基于贴片式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法，轨道运载系统包含轨道和若干贴片式框架作动器；贴片式框架作动器包含两个横梁、两个竖梁、两个驱动足、四个压电元件组和预紧机构；两个横梁平行设置，两端都分别和两个竖梁垂直固连，形成框架；预紧机构包含第一至第四锁止螺栓，四个锁止螺帽、四个隔振垫片、两个调节板簧、两个固定轴和两个从动轮。本发明利用压电材料的逆压电效应将电能装换为机械能，依靠摩擦作用直接驱动机器人运动，不需要复杂的传动和减速机构，结构简单紧凑，易于实现小型化，且能在强磁场及真空环境下工作。

Description

基于贴片式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及压电驱动技术和运载机器人技术领域，尤其涉及基于贴片式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法。

背景技术

磁约束核聚变试验过程中，托卡马克装置在强磁场、超大电流、超低温、极高温、高热负载等极端工况下运行，装置内各部件的强度、刚度、寿命经受严酷的考验。托卡马克装置的真空室在试验过程中遭受不同程度的高能中子辐射，直接面对等离子体的真空室内壁更容易产生表面腐蚀、结构材料活化以及材料特性改变，导致部件功能衰变和丧失，因此对于真空室内壁的进行定期的检测和维护时保证核聚变试验正常进行的一项必要工作。现有核聚变环境机器人主要有悬臂式多关节机器人和有轨式运载机器人，目前存在的问题主要是机器人系统通常采用电磁机配合谐波减速器或者齿轮进行驱动与控制，难以适应托卡马克装置内的极端环境，机器人系统的可靠性和可控性难以保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供基于贴片式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，包含轨道和若干贴片式框架作动器；

所述贴片式框架作动器包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四压电元件组和预紧机构；

所述第一横梁、第二横梁平行设置，两端都分别和第一竖梁、第二竖梁垂直固连，形成框架，且第一竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第二竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第一竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离、第二竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离均相等；

所述第一竖梁和第二竖梁上均关于其中点设有两个对称的、平行于第一横梁且位于振动节点位置的通孔；

所述第一驱动足、第二驱动足均设置在所述框架的底端面，其中，所述第一驱动足和所述第一横梁的中点固连，第二驱动足和所述第二横梁的中点固连；

所述预紧机构包含第一至第四锁止螺栓，第一至第四锁止螺帽、第一至第四隔振垫片、第一至第二调节板簧、第一至第二固定轴、以及第一至第二从动轮；

所述第一至第二调节板簧均包含第一调节条、板簧本体和第二调节条，所述板簧本体的两端分别和第一调节条的一端、第二调节条的一端固连；

所述第一至第四隔振垫片中心均设有通孔；

第一至第四锁止螺栓上均设有两边平行于其轴线、另外两条边和其轴线垂直相交的矩形通槽，且第一至第四锁止螺栓的矩形通槽一部分位于其螺栓头部、另一部分位于其螺柱上；

所述第一调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第一锁止螺栓、第二锁止螺栓上的矩形通槽；所述第一锁止螺栓依次穿过第一隔振垫片的通孔、第一竖梁的一个通孔后和所述第一锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第一调节条压在第一隔振垫片上锁死；所述第二锁止螺栓依次穿过第二隔振垫片的通孔、第一竖梁的另一个通孔后和所述第二锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第二调节条压在第二隔振垫片上锁死；

所述第二调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第三锁止螺栓、第四锁止螺栓上的矩形通槽；所述第三锁止螺栓依次穿过第三隔振垫片的通孔、第二竖梁的一个通孔后和所述第三锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第一调节条压在第三隔振垫片上锁死；所述第四锁止螺栓依次穿过第四隔振垫片的通孔、第二竖梁的另一个通孔后和所述第四锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第二调节条压在第四隔振垫片上锁死；

所述第一固定轴、第二固定轴设置在所述第一调节板簧、第二调节板簧之间，其中，所述第一固定轴的一端、第二固定轴的一端分别和所述第一调节板簧、第二调节板簧中板簧本体的中点固连，且第一固定轴、第二固定轴均平行于所述第一横梁；

所述第一从动轮、第二从动轮分别通过轴承设置在所述第一固定轴、第二固定轴的另一端；

所述贴片式框架作动器套在所述轨道上，第一至第二驱动足和轨道的上端面相抵，第一被动轮、第二被动轮和轨道的下端面相抵；

所述第一横梁、第二横梁、第一竖梁、第二竖梁均包含依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面为上侧面，第三侧面为下侧面；

所述第二、第四压电元件组均包含2片压电元件，其中，第二压电元件组的2片压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四压电元件组的2片压电元件分别设置在第二横梁第二侧面、第四侧面的中心；第二、第四压电元件中，2片压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三压电元件组均包含2p个压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第一竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第二竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述压电元件单元采用1片压电元件或者4片压电元件，压电元件均沿厚度方向极化：

当压电元件单元采用1片压电元件时，第一、第三压电元件组的2p片压电元件的极化方向相同；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相同；

当压电元件单元采用4片压电元件时，该4片压电元件形成田字格正方形，相邻压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第一竖梁、第二竖梁的第一侧面上相同位置的压电元件极化方向相同；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相反。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一至第二驱动足呈半圆柱状，包含一个弧面侧壁、一个矩形侧壁和两个端面，驱动足的矩形侧壁和所述框架的底端面固连、弧面侧壁和轨道上端面相抵。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述轨道的上端面设有第一凹槽，使得第一至第二驱动足均位于凹槽内，用于限定夹心式框架作动器的运动方向。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一被动轮、第二被动轮的胎面上均设有环形凹槽；

所述轨道的下端面上设有凸起的第一导轨、第二导轨，分别和所述第一被动轮、第二被动轮上凹槽相匹配，用于限定第一被动轮、第二被动轮的运动方向。

本发明还公开了一种该基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，当压电元件单元采用1片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤A.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形面外2n+1阶弯曲振动模态，n为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的同形面外2m+1阶弯曲振动模态，m为大于等于0的整数；

步骤A.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的同形面内2c+1阶弯曲振动模态，c为大于等于0的整数；

步骤A.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二驱动足的运动轨迹为一个椭圆，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤A.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

本发明还公开了一种该基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，当压电元件单元采用4片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤B.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形2a+1阶扭转振动模态，a为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的面外2m+1阶对称弯曲振动模态，m为大于等于0的整数；

步骤B.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的面内2c+1阶对称弯曲振动模态，c为大于等于0的整数；

步骤B.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二的驱动足的运动轨迹为一个同向的椭圆，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤B.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明考虑到压电驱动在高真空、高温等恶劣环境下的良好适应性尤其是具有电磁兼容性好的有点，提出了基于贴片式框架作动器的轨道运载系统。利用压电激励与摩擦驱动原理实现运载机器人的驱动。利用压电驱动结构简单、紧凑、传动链短的特点，简化整个系统的结构，减少体积和重量，提高可靠性；利用压电驱动控制简便、定位精度高的特点，提高系统的可控性。

附图说明

图1是基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的结构示意图；

图2是贴片式框架作动器的结构示意图；

图3是预紧机构的结构示意图；

图4是框架和第一至第四压电元件组相配合的结构示意图；

图5是第一竖梁的结构示意图；

图6是第一横梁和第一驱动足相配合的示意图；

图7是第一锁止螺栓的结构示意图；

图8是第一竖梁面外弯曲振动的工作模态示意图；

图9是第一竖梁面外弯曲振动诱发的第一横梁的面外弯振模态示意图；

图10是第一竖梁面外弯曲振动模态下第一压电元件组的极化方式；

图11是第一横梁面内弯曲振动的工作模态示意图；

图12是第一横梁面内弯曲振动模态下第二压电元件组的极化方式；

图13是第一竖梁扭振的工作模态示意图；

图14（a）、图14（b）分别是压电元件单元采用4片压电元件时第一竖梁扭振模态下的第一压电元件组加电方式、极化方式的示意图；

图15是第一竖梁和第二竖梁扭振模态诱发的第一、第二横梁的面外弯振模态对比示意图；

图16是竖梁扭振模态时第一、第二横梁的面内弯振模态和压电元件组的极化方向的对比示意图；

图17是第一驱动足的椭圆运动轨迹；

图中，1-贴片式框架型压电作动器，2-轨道，3-第一调节板簧，4-第一锁止螺栓，5-第一被动轮，6-第二竖梁，7-第一竖梁，8-第二横梁，9-第一横梁，10-第三压电元件组，11-第二压电元件组，12-第一驱动足，13-矩形通槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，包含轨道和若干贴片式框架作动器；

如图2所示，所述贴片式框架作动器包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四压电元件组和预紧机构；

所述第一横梁、第二横梁平行设置，两端都分别和第一竖梁、第二竖梁垂直固连，形成框架，且第一竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第二竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第一竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离、第二竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离均相等；

所述第一竖梁和第二竖梁上均关于其中点设有两个对称的、平行于第一横梁且位于振动节点位置的通孔；

所述第一驱动足、第二驱动足均设置在所述框架的底端面，其中，所述第一驱动足和所述第一横梁的中点固连，第二驱动足和所述第二横梁的中点固连；

如图3所示，所述预紧机构包含第一至第四锁止螺栓，第一至第四锁止螺帽、第一至第四隔振垫片、第一至第二调节板簧、第一至第二固定轴、以及第一至第二从动轮；

所述第一至第二调节板簧均包含第一调节条、板簧本体和第二调节条，所述板簧本体的两端分别和第一调节条的一端、第二调节条的一端固连；

所述第一至第四隔振垫片中心均设有通孔；

如图7所示，第一至第四锁止螺栓上均设有两边平行于其轴线、另外两条边和其轴线垂直相交的矩形通槽，且第一至第四锁止螺栓的矩形通槽一部分位于其螺栓头部、另一部分位于其螺柱上；

所述第一调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第一锁止螺栓、第二锁止螺栓上的矩形通槽；所述第一锁止螺栓依次穿过第一隔振垫片的通孔、第一竖梁的一个通孔后和所述第一锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第一调节条压在第一隔振垫片上锁死；所述第二锁止螺栓依次穿过第二隔振垫片的通孔、第一竖梁的另一个通孔后和所述第二锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第二调节条压在第二隔振垫片上锁死；

所述第二调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第三锁止螺栓、第四锁止螺栓上的矩形通槽；所述第三锁止螺栓依次穿过第三隔振垫片的通孔、第二竖梁的一个通孔后和所述第三锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第一调节条压在第三隔振垫片上锁死；所述第四锁止螺栓依次穿过第四隔振垫片的通孔、第二竖梁的另一个通孔后和所述第四锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第二调节条压在第四隔振垫片上锁死；

所述第一固定轴、第二固定轴设置在所述第一调节板簧、第二调节板簧之间，其中，所述第一固定轴的一端、第二固定轴的一端分别和所述第一调节板簧、第二调节板簧中板簧本体的中点固连，且第一固定轴、第二固定轴均平行于所述第一横梁；

所述第一从动轮、第二从动轮分别通过轴承设置在所述第一固定轴、第二固定轴的另一端；

所述贴片式框架作动器套在所述轨道上，第一至第二驱动足和轨道的上端面相抵，第一被动轮、第二被动轮和轨道的下端面相抵；

所述第一横梁、第二横梁、第一竖梁、第二竖梁均包含依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面为上侧面，第三侧面为下侧面；

如图4所示，所述第二、第四压电元件组均包含2片压电元件，其中，第二压电元件组的2片压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四压电元件组的2片压电元件分别设置在第二横梁第二侧面、第四侧面的中心；第二、第四压电元件组中，2片压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三压电元件组均包含2p个压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第一竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第二竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述压电元件单元采用1片压电元件或者4片压电元件，压电元件均沿厚度方向极化：

当压电元件单元采用1片压电元件时，第一、第三压电元件组的2p片压电元件的极化方向相同，如图10所示；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相同，如图12所示；

当压电元件单元采用4片压电元件时，该4片压电元件形成田字格正方形，相邻压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第一竖梁、第二竖梁的第一侧面上相同位置的压电元件极化方向相同，如图14（a）、图14（b）所示；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相反。

如图5所示，第一竖梁、第二竖梁、第一横梁、第二横梁在其上压电元件处可以直接粘接，也可以设置对应的凹槽后再粘接。

图6为第一横梁设置上设置凹槽后和所述第一驱动足相连的结构示意图。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一至第二驱动足呈半圆柱状，包含一个弧面侧壁、一个矩形侧壁和两个端面，驱动足的矩形侧壁和所述框架的底端面固连、弧面侧壁和轨道上端面相抵。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述轨道的上端面设有第一凹槽，使得第一至第二驱动足均位于凹槽内，用于限定夹心式框架作动器的运动方向。

作为本发明一种基于贴片式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一被动轮、第二被动轮的胎面上均设有环形凹槽；

所述轨道的下端面上设有凸起的第一导轨、第二导轨，分别和所述第一被动轮、第二被动轮上凹槽相匹配，用于限定第一被动轮、第二被动轮的运动方向。

本发明还公开了一种该基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，当压电元件单元采用1片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤A.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形面外2n+1阶弯曲振动模态，如图8所示，n为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的同形面外2m+1阶弯曲振动模态，如图9所示，m为大于等于0的整数；

步骤A.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的同形面内2c+1阶弯曲振动模态，如图11所示，c为大于等于0的整数；

步骤A.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二驱动足的运动轨迹为一个椭圆，如图17所示，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤A.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

本发明还公开了一种该基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，当压电元件单元采用4片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤B.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形2a+1阶扭转振动模态，如图13所示，a为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的面外2m+1阶对称弯曲振动模态，如图15所示，m为大于等于0的整数；

步骤B.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的面内2c+1阶对称弯曲振动模态，如图16所示，c为大于等于0的整数；

步骤B.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二的驱动足的运动轨迹为一个同向的椭圆，如图17所示，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤B.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，包含轨道和若干贴片式框架作动器；

所述贴片式框架作动器包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四压电元件组和预紧机构；

所述第一横梁、第二横梁平行设置，两端都分别和第一竖梁、第二竖梁垂直固连，形成框架，且第一竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第二竖梁靠近第一横梁的一端到第一横梁的距离、第一竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离、第二竖梁靠近第二横梁的一端到第二横梁的距离均相等；

所述第一竖梁和第二竖梁上均关于其中点设有两个对称的、平行于第一横梁且位于振动节点位置的通孔；

所述第一驱动足、第二驱动足均设置在所述框架的底端面，其中，所述第一驱动足和所述第一横梁的中点固连，第二驱动足和所述第二横梁的中点固连；

所述预紧机构包含第一至第四锁止螺栓，第一至第四锁止螺帽、第一至第四隔振垫片、第一至第二调节板簧、第一至第二固定轴、以及第一至第二从动轮；

所述第一至第二调节板簧均包含第一调节条、板簧本体和第二调节条，所述板簧本体的两端分别和第一调节条的一端、第二调节条的一端固连；

所述第一至第四隔振垫片中心均设有通孔；

第一至第四锁止螺栓上均设有两边平行于其轴线、另外两条边和其轴线垂直相交的矩形通槽，且第一至第四锁止螺栓的矩形通槽一部分位于其螺栓头部、另一部分位于其螺柱上；

所述第一调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第一锁止螺栓、第二锁止螺栓上的矩形通槽；所述第一锁止螺栓依次穿过第一隔振垫片的通孔、第一竖梁的一个通孔后和所述第一锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第一调节条压在第一隔振垫片上锁死；所述第二锁止螺栓依次穿过第二隔振垫片的通孔、第一竖梁的另一个通孔后和所述第二锁止螺帽螺纹相连，将第一调节板簧的第二调节条压在第二隔振垫片上锁死；

所述第二调节板簧的第一调节条、第二调节条的另一端分别穿过第三锁止螺栓、第四锁止螺栓上的矩形通槽；所述第三锁止螺栓依次穿过第三隔振垫片的通孔、第二竖梁的一个通孔后和所述第三锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第一调节条压在第三隔振垫片上锁死；所述第四锁止螺栓依次穿过第四隔振垫片的通孔、第二竖梁的另一个通孔后和所述第四锁止螺帽螺纹相连，将第二调节板簧的第二调节条压在第四隔振垫片上锁死；

所述第一固定轴、第二固定轴设置在所述第一调节板簧、第二调节板簧之间，其中，所述第一固定轴的一端、第二固定轴的一端分别和所述第一调节板簧、第二调节板簧中板簧本体的中点固连，且第一固定轴、第二固定轴均平行于所述第一横梁；

所述第一从动轮、第二从动轮分别通过轴承设置在所述第一固定轴、第二固定轴的另一端；

所述贴片式框架作动器套在所述轨道上，第一至第二驱动足和轨道的上端面相抵，第一被动轮、第二被动轮和轨道的下端面相抵；

所述第一横梁、第二横梁、第一竖梁、第二竖梁均包含依次相连的第一至第四侧面，其中，第一侧面为上侧面，第三侧面为下侧面；

所述第二、第四压电元件组均包含2片压电元件，其中，第二压电元件组的2片压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四压电元件组的2片压电元件分别设置在第二横梁第二侧面、第四侧面的中心；第二、第四压电元件组中，2片压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三压电元件组均包含2p个压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第一竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二压电元件组中的p个压电元件单元均匀设置在所述第二竖梁的第一侧面上、另外p个压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述压电元件单元采用1片压电元件或者4片压电元件，压电元件均沿厚度方向极化：

当压电元件单元采用1片压电元件时，第一、第三压电元件组的2p片压电元件的极化方向相同；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相同；

当压电元件单元采用4片压电元件时，该4片压电元件形成田字格正方形，相邻压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称压电元件的极化方向相反，第一竖梁、第二竖梁的第一侧面上相同位置的压电元件极化方向相同；第一横梁、第二横梁的第一侧面上的压电元件极化方向相反。

2.根据权利要求1所述的基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，所述第一至第二驱动足呈半圆柱状，包含一个弧面侧壁、一个矩形侧壁和两个端面，驱动足的矩形侧壁和所述框架的底端面固连、弧面侧壁和轨道上端面相抵。

3.根据权利要求1所述的基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，所述轨道的上端面设有第一凹槽，使得第一至第二驱动足均位于凹槽内，用于限定夹心式框架作动器的运动方向。

4.根据权利要求1所述的基于贴片式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，所述第一被动轮、第二被动轮的胎面上均设有环形凹槽；

所述轨道的下端面上设有凸起的第一导轨、第二导轨，分别和所述第一被动轮、第二被动轮上凹槽相匹配，用于限定第一被动轮、第二被动轮的运动方向。

5.基于权利要求1所述的基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，其特征在于，当压电元件单元采用1片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤A.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形面外2n+1阶弯曲振动模态，n为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的同形面外2m+1阶弯曲振动模态，m为大于等于0的整数；

步骤A.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的同形面内2c+1阶弯曲振动模态，c为大于等于0的整数；

步骤A.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二驱动足的运动轨迹为一个椭圆，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤A.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

6.基于权利要求1所述的基于贴片式框架作动器的轨道运载系统的作动器驱动方法，其特征在于，当压电元件单元采用4片压电元件时，作动器驱动方法包含如下步骤：

步骤B.1），对第一、第三压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出第一、第二竖梁的同形2a+1阶扭转振动模态，a为大于等于0的整数，诱发出第一、第二横梁的面外2m+1阶对称弯曲振动模态，m为大于等于0的整数；

步骤B.2），对第二、第四压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出第一、第二横梁的面内2c+1阶对称弯曲振动模态，c为大于等于0的整数；

步骤B.3），调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上具有π/2的相位差，第一、第二横梁的面外2m+1阶弯振模态和面内2c+1阶弯振模态在空间上正交，振动耦合下第一、第二的驱动足的运动轨迹为一个同向的椭圆，在摩擦力的作用下驱动贴片式框架作动器向一个方向运动；

步骤B.4），如果需要贴片式框架作动器反向运动，调整第一、第二简谐电压信号使其在时间上的相位差为-π/2即可。

Images