CN111192695B - 基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，包含四个机械臂、四个锁紧机构和运载机器人；机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、两个支撑臂、三个连接臂和三个角度调节模块；四个机械臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入，由四个锁紧机构相连形成圆环形轨道。运载机器人设置在该轨道上，装载检测装置并接受指令在轨道上运动。本发明基于逆压电效应和摩擦作用驱动，能够实现轨道的快速精准铺设，机器人响应快、定位精度高，机构简单且小型化，能够在真空强磁场等极端环境下工作。

Description

基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统

技术领域

本发明涉及压电驱动技术和托卡马克检测维护领域，尤其涉及一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统。

背景技术

核聚变试验过程中，托卡马克装置在强磁上、超大电流、超低温、极高温等极端工况下运行，装置内各部件的强度、刚度、寿命经受严酷的考验，因此对真空室内壁进行定期的检测与维护是保证核聚变试验正常运行的一项必要工作。现有托卡马克维护机器人普遍存在系统庞大复杂、零部件繁多、控制难度打、制造成本高昂等问题，尤其是电磁电机与减速器或齿轮配合的驱动系统结构负载，在高温、高真空、强磁场等符合环境下的性能变化难以准确把握。基于逆压电效应的压电驱动方式在压电陶瓷材料的制备和加工技术得到了进一步发展的情况下，可实现驱动结构的结构紧凑、直接驱动、无电磁干扰、易于小型化等特点，在极端工作环境中拥有者广泛的应用前景。。

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，提供一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，所述托卡马克装置周向设有四个检测窗口，托卡马克装置轨道检测系统包含第一至第四机械臂、第一至第四锁紧机构和运载机器人；

所述第一至第四机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂、以及三个角度调节模块；

所述转盘驱动模块用于驱动所述转盘转动；

所述连接块固定在转盘的上端面上；

所述第一、第二支撑臂均为两端开口的直线条状空心管，所述第一至第三连接臂为两端开口的弧形条状空心管；

所述角度调节模块包含第一压电作动器、第二压电作动器、连接轴、第一连接圆环、第二连接圆环、弹簧以及第一至第四轴承；

所述第一压电作动器、第二压电作动器均包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，均沿厚度方向极化且相邻扭振压电元件的极化方向相反；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个沿厚度方向极化的弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数；

所述第一连接圆环、第一压电作动器的驱动圆环、第二压电作动器的驱动圆环、第二连接圆环依次层叠，内壁分别通过第一至第四轴承和所述连接轴相连；第一压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第一连接圆环靠近第一压电作动器驱动圆环的端面相抵，第二压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第二连接圆环靠近第二压电作动器驱动圆环的端面相抵；所述弹簧套在连接轴上，一端和所述第一压电作动器的驱动圆环相抵、另一端和所述第二压电作动器的驱动圆环相抵；

所述第一支撑臂平行于转盘设置，一端和所述连接块固连；

所述第二支撑臂一端和所述第一连接臂外弧的中点固连；

所述第一支撑臂的另一端、第一至第二连接臂的一端均设有用于固定角度调节模块第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架的固定架；

所述三个角度调节模块中，第一个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和所述第一支撑臂上的固定架固连，第一个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和所述第二支撑臂远离第一连接臂的一端固连；第二个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第一连接臂上的固定架固连，第二个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第二连接臂未设有固定架的一端固连；第三个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第二连接臂上的固定架固连，第三个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第三连接臂的一端固连；

所述第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂均在同一平面上，通过所述三个角度调节模块调节第一支撑臂和第二支撑臂之间、第一连接臂和第二连接臂之间、第二连接臂和第三连接臂之间的展开角度；

所述第一至第四锁紧机构均包含第一锁件、第二锁件和螺纹锁杆；

所述螺纹锁杆包含依次同轴固连的螺柱、光柱和限位圆盘，螺柱和光柱的底面半径相同，限位圆盘的底面半径大于光柱的底面半径；

所述第一锁件包含配重块、第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片、连接柱、沉头螺栓、法兰盘和螺纹管；

所述配重块为圆柱体，其沿轴线设有沉头通孔；所述连接柱为圆柱体，其一个端面的中线设有和所述沉头螺栓相匹配的螺纹孔；所述沉头螺栓依次穿过配重块的沉头通孔、第一圆环形压电元件、第一电极片、第二圆环形压电元件、第二电极片、第三圆环形压电元件、第三电极片、第四圆环形压电元件后和所述连接柱的螺纹孔螺纹相连，将第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片固定在配重块和连接柱之间；

所述螺纹管为两端开口的空心圆柱体，其内壁上设有和所述螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹；

所述法兰盘一端和所述螺纹管的一端固连、另一端和所述连接柱远离配重块的一端固连，且法兰盘周向均匀设有若干用于固定第一锁件的通孔；

所述第二锁件包含驱动定子和第一至第四矩形压电元件；

所述驱动定子为长方体，包含第一端面、第二端面、以及第一至第四侧面，其中，第一端面、第二端面均为正方形，第一至第四侧面依次相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述驱动定子其沿轴线设有和螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹通孔；

所述第一端面上设有若干用于固定第二锁件的螺纹孔；

所述第一至第四矩形压电元件一一对应设置在所述驱动定子的第一至第四侧面上；

所述驱动定子的螺纹通孔的长度小于螺纹锁杆光柱的长度，所述螺纹管的长度大于螺纹锁杆螺柱的长度，且螺纹管、螺纹锁杆螺柱的长度差大于驱动定子的螺纹通孔、螺纹锁杆光柱的长度差；

所述螺纹锁杆的螺杆从所述驱动定子的第二端面旋入驱动定子的螺纹通孔中；

所述第一至第四圆环形压电元件均沿其厚度方向极化，沿其直径为分界线两分区，两个分区极化方向相反；所述第一圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；所述第三圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线相互垂直；所述第四圆环形压电元件和第三圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；

所述第一至第四矩形压电元件均沿其厚度方向极化，第一矩形压电元件和第三矩形压电元件极化方向相同，第二矩形压电元件和第四矩形压电元件极化方向相同；

所述第一至第四机械臂的第一连接臂未设有固定架的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第一安装片，第一至第四机械臂的第三连接臂远离其第二连接臂的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第二安装片；

所述第一至第四锁紧机构的第一锁件通过其法兰盘一一对应固定在所述第一至第四机械臂的第一安装片上，所述第一至第四锁紧机构的第二锁件一一对应固定在第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第一机械臂的第二安装片上；

所述第一至第四机械臂用于将其第一至第三连接臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入形成四分之一圆的弧形轨道；所述第一至第四锁紧机构用于将第一至第四机械臂形成的四个四分之一圆的弧形轨道首尾连接起来形成在托卡马克装置真空室外壁、内壁之间的圆形轨道；

所述运载机器人设置在所述第一至第四机械臂形成的圆形轨道上，用于装载检测装置并接受指令在所述圆形轨道上运动。

作为本发明基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统进一步的优化方案，所述转盘驱动模块包含转子、定子圆盘、承载轴承、以及第一至第三V形压电直线电机；

所述转子为下端开口的空心圆柱体；

所述定子圆盘设置在所述转子内，其中，定子圆盘上端面的中心和承载轴承的内圈固连、承载轴承的外圈和转子端面中心固连，定子圆盘和外界固定，转子能够相对定子圆盘自由转动；

所述第一至第三V形压电直线电机周向均匀设置在所述定子圆盘的下端面，且第一至第三V形压电直线电机的驱动足均和所述转子的内壁相抵，用于驱动转子转动；

所述转子的上端面和所述转盘的下端面同轴固连。

作为本发明基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统进一步的优化方案，所述固定架包含第一至第四固定片；所述第一至第四固定片上均设有通孔，分别和其对应角度调节模块中第一压电作动器的第一安装片、第一压电作动器的第二安装片、第二压电作动器的第一安装片、第二压电作动器的第二安装片通过螺栓固定。

作为本发明基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统进一步的优化方案，所述运载机器人包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四运载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；

所述运载机器人套在所述轨道上，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、第四运载压电元件组均包含2片运载压电元件，其中，第二运载压电元件组的2片运载压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四运载压电元件组的2片运载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、第四运载压电元件组中，2片运载压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三运载压电元件组均包含2p个运载压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述运载压电元件单元采用1片运载压电元件或者4片运载压电元件，运载压电元件均沿厚度方向极化：

当运载压电元件单元采用1片运载压电元件时，第一、第三运载压电元件组的2p片运载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运载压电元件极化方向相同；

当运载压电元件单元采用4片运载压电元件时，该4片运载压电元件形成田字格正方形，相邻运载压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载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运载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运载压电元件极化方向相反。

作为本发明基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测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。

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：

本发明提出了一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能，依靠摩擦作用直接驱动轨道折叠与机器人运动，能够实现轨道的快速精准铺设，机器人响应快、定位精度高以及机构简单、且小型化，能够在真空强磁场等极端环境下工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中第一机械臂展开时的结构示意图；

图3是本发明中第一机械臂展折叠时的结构示意图；

图4是本发明中转盘驱动模块的结构示意图图；

图5是本发明中转盘驱动模块的爆炸示意图；

图6是本发明中角度调节模块和第二连接臂、第三连接臂相配合的结构示意图；

图7是本发明中角度调节模块的结构示意图；

图8是本发明中第一机械臂第一连接臂设有固定架一端的结构示意图；

图9是本发明中第一锁紧机构、第一机械臂、第二机械臂相配合的结构示意图；

图10是本发明中第一锁紧机构的结构示意图；

图11是本发明中第一机械臂第一连接臂设有第一安装片一端的结构示意图；

图12是本发明中第一机械臂第三连接臂设有第二安装片一端的结构示意图；

图13是本发明中运载机器人结构示意图。

图中，1-第一至第四机械臂形成的圆形轨道，2-运载机器人，3-真空室外壁，4-维护窗口，5-真空室内壁，6-第一机械臂，7-转盘，8-连接块，9-第一支撑臂，10-第二支撑臂，11-第二连接臂，12-第三连接臂，13-转子，14-定子圆盘，15-第一V形压电直线电机，16-角度调节模块，17-第一压电作动器，18-第一连接圆环，19-连接轴，20-弹簧，21-安装架，22-第二连接圆环，23-固定架，24-第一锁件，25-第二锁件，26-螺纹锁杆，27-第一安装片，28-第二安装片，29-第一竖梁，30-第一横梁，31-第二竖梁，32-第二驱动足，33-第一锁止螺栓，34-第一调节板簧，35-第一固定轴，36-第一从动轮。

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，本发明公开了一种基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，所述托卡马克装置周向设有四个检测窗口，托卡马克装置轨道检测系统包含第一至第四机械臂、第一至第四锁紧机构和运载机器人；

如图2、图3所示，所述第一至第四机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂、以及三个角度调节模块；

所述转盘驱动模块用于驱动所述转盘转动；

所述连接块固定在转盘的上端面上；

所述第一、第二支撑臂均为两端开口的直线条状空心管，所述第一至第三连接臂为两端开口的弧形条状空心管；

如图6、图7所示，所述角度调节模块包含第一压电作动器、第二压电作动器、连接轴、第一连接圆环、第二连接圆环、弹簧以及第一至第四轴承；

所述第一压电作动器、第二压电作动器均包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，均沿厚度方向极化且相邻扭振压电元件的极化方向相反；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个沿厚度方向极化的弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数；

所述第一连接圆环、第一压电作动器的驱动圆环、第二压电作动器的驱动圆环、第二连接圆环依次层叠，内壁分别通过第一至第四轴承和所述连接轴相连；第一压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第一连接圆环靠近第一压电作动器驱动圆环的端面相抵，第二压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第二连接圆环靠近第二压电作动器驱动圆环的端面相抵；所述弹簧套在连接轴上，一端和所述第一压电作动器的驱动圆环相抵、另一端和所述第二压电作动器的驱动圆环相抵；

所述第一支撑臂平行于转盘设置，一端和所述连接块固连；

所述第二支撑臂一端和所述第一连接臂外弧的中点固连；

所述第一支撑臂的另一端、第一至第二连接臂的一端均设有用于固定角度调节模块第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架的固定架；

所述三个角度调节模块中，第一个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和所述第一支撑臂上的固定架固连，第一个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和所述第二支撑臂远离第一连接臂的一端固连；第二个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第一连接臂上的固定架固连，第二个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第二连接臂未设有固定架的一端固连；第三个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第二连接臂上的固定架固连，第三个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第三连接臂的一端固连；

所述第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂均在同一平面上，通过所述三个角度调节模块调节第一支撑臂和第二支撑臂之间、第一连接臂和第二连接臂之间、第二连接臂和第三连接臂之间的展开角度；

如图9、图10所示，所述第一至第四锁紧机构均包含第一锁件、第二锁件和螺纹锁杆；

所述螺纹锁杆包含依次同轴固连的螺柱、光柱和限位圆盘，螺柱和光柱的底面半径相同，限位圆盘的底面半径大于光柱的底面半径；

所述第一锁件包含配重块、第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片、连接柱、沉头螺栓、法兰盘和螺纹管；

所述配重块为圆柱体，其沿轴线设有沉头通孔；所述连接柱为圆柱体，其一个端面的中线设有和所述沉头螺栓相匹配的螺纹孔；所述沉头螺栓依次穿过配重块的沉头通孔、第一圆环形压电元件、第一电极片、第二圆环形压电元件、第二电极片、第三圆环形压电元件、第三电极片、第四圆环形压电元件后和所述连接柱的螺纹孔螺纹相连，将第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片固定在配重块和连接柱之间；

所述螺纹管为两端开口的空心圆柱体，其内壁上设有和所述螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹；

所述法兰盘一端和所述螺纹管的一端固连、另一端和所述连接柱远离配重块的一端固连，且法兰盘周向均匀设有若干用于固定第一锁件的通孔；

所述第二锁件包含驱动定子和第一至第四矩形压电元件；

所述驱动定子为长方体，包含第一端面、第二端面、以及第一至第四侧面，其中，第一端面、第二端面均为正方形，第一至第四侧面依次相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述驱动定子其沿轴线设有和螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹通孔；

所述第一端面上设有若干用于固定第二锁件的螺纹孔；

所述第一至第四矩形压电元件一一对应设置在所述驱动定子的第一至第四侧面上；

所述驱动定子的螺纹通孔的长度小于螺纹锁杆光柱的长度，所述螺纹管的长度大于螺纹锁杆螺柱的长度，且螺纹管、螺纹锁杆螺柱的长度差大于驱动定子的螺纹通孔、螺纹锁杆光柱的长度差；

所述螺纹锁杆的螺杆从所述驱动定子的第二端面旋入驱动定子的螺纹通孔中；

所述第一至第四圆环形压电元件均沿其厚度方向极化，沿其直径为分界线两分区，两个分区极化方向相反；所述第一圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；所述第三圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线相互垂直；所述第四圆环形压电元件和第三圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；

所述第一至第四矩形压电元件均沿其厚度方向极化，第一矩形压电元件和第三矩形压电元件极化方向相同，第二矩形压电元件和第四矩形压电元件极化方向相同；

如图11所示，所述第一至第四机械臂的第一连接臂未设有固定架的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第一安装片；如图12所示，第一至第四机械臂的第三连接臂远离其第二连接臂的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第二安装片；

所述第一至第四锁紧机构的第一锁件通过其法兰盘一一对应固定在所述第一至第四机械臂的第一安装片上，所述第一至第四锁紧机构的第二锁件一一对应固定在第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第一机械臂的第二安装片上；

所述第一至第四机械臂用于将其第一至第三连接臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入形成四分之一圆的弧形轨道；所述第一至第四锁紧机构用于将第一至第四机械臂形成的四个四分之一圆的弧形轨道首尾连接起来形成在托卡马克装置真空室外壁、内壁之间的圆形轨道；

所述运载机器人设置在所述第一至第四机械臂形成的圆形轨道上，用于装载检测装置并接受指令在所述圆形轨道上运动。

如图4、图5所示，所述转盘驱动模块包含转子、定子圆盘、承载轴承、以及第一至第三V形压电直线电机；

所述转子为下端开口的空心圆柱体；

所述定子圆盘设置在所述转子内，其中，定子圆盘上端面的中心和承载轴承的内圈固连、承载轴承的外圈和转子端面中心固连，定子圆盘和外界固定，转子能够相对定子圆盘自由转动；

所述第一至第三V形压电直线电机周向均匀设置在所述定子圆盘的下端面，且第一至第三V形压电直线电机的驱动足均和所述转子的内壁相抵，用于驱动转子转动；

所述转子的上端面和所述转盘的下端面同轴固连。

如图8所示，所述固定架包含第一至第四固定片；所述第一至第四固定片上均设有通孔，分别和其对应角度调节模块中第一压电作动器的第一安装片、第一压电作动器的第二安装片、第二压电作动器的第一安装片、第二压电作动器的第二安装片通过螺栓固定。

如图13所示，所述运载机器人包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四运载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；

所述运载机器人套在所述轨道上，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、第四运载压电元件组均包含2片运载压电元件，其中，第二运载压电元件组的2片运载压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四运载压电元件组的2片运载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、第四运载压电元件组中，2片运载压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三运载压电元件组均包含2p个运载压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述运载压电元件单元采用1片运载压电元件或者4片运载压电元件，运载压电元件均沿厚度方向极化：

当运载压电元件单元采用1片运载压电元件时，第一、第三运载压电元件组的2p片运载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运载压电元件极化方向相同；

当运载压电元件单元采用4片运载压电元件时，该4片运载压电元件形成田字格正方形，相邻运载压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载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运载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运载压电元件极化方向相反。

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。

角度调节模块中第一压电作动器、第二压电作动器的驱动方法相同，既可以采用单相简谐电压信号单模态驱动方法，也可以采用两相简谐电压信号复合模态作动方法，其中：

单相简谐电压信号单模态驱动方法包括如下步骤：

步骤A.1），对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组施加第一简谐电压信号，激励出矩形梁的2n+1（n≥0，n为正整数）阶扭振模态，诱发驱动圆环的m阶面外弯振模态，在简谐振动下每个驱动齿的运动轨迹均为一个椭圆，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的连接圆环沿一个方向旋转；

步骤A.2），如果需要驱动连接圆环反向旋转，停止对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组施加第一简谐电压信号，对第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组施加第二简谐电压信号，激励出矩形梁的2n+2（n≥0，n为正整数）阶弯振模态，激励驱动圆环产生另一个m阶面外弯振模态，此m阶面外弯振模态与扭振激励的m阶面外弯振模态在空间上存在π/2的相位差，导致此时驱动齿的运动轨迹为一个反向的椭圆，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的连接圆环沿反向旋转。

两相简谐电压信号复合模态作动方法包括如下步骤：

步骤B.1），同时对第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组和第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组施加两相简谐电压信号，使得第一、第二驱动圆环产生两个具有π/2空间相位差的驻波，调整两相简谐电压信号在时间上的相位差为π/2，使第一、第二驱动圆环的两个驻波叠加成一个行波，驱动齿在行波下做椭圆运动，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的连接圆环沿一个方向旋转；

步骤B.2），如果需要驱动连接圆环反向旋转，调整两相简谐电压信号在时间上具有 -π/2的相位差，驱动齿做相反的椭圆运动，在摩擦作用下驱动和驱动齿接触的连接圆环沿反向旋转。

第一至第四锁紧机构的第二锁件驱动方法如下：

步骤C.1），同时对第一、第三矩形压电元件施加第一相简谐电压信号，对第二矩形压电元件、第四矩形压电元件施加第二相简谐电压信号，激励出驱动定子在空间上具有π/2相位差的同形弯振模态，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为π/2，两个模态的耦合使螺纹通孔呈现旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆旋进或者旋出；

步骤C.2），若需要螺纹锁杆反向运动，调整第一、第二简谐电压信号在时间的相位差为-π/2，螺纹通孔做相反的旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆反向运动。

第一至第四锁紧机构的第一锁件驱动方法如下：

步骤D.1），同时对第一电极片、第三电极片上分别施加两相简谐电压信号，激励出螺纹管的在空间上具有π/2相位差的同形弯振模态，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为π/2，两个模态的耦合使螺纹管呈现旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆旋进或者旋出；

步骤D.2），若需要螺纹锁杆反向运动，调整两相简谐电压信号在时间的相位差为-π/2，螺纹管做相反的旋转弯曲振动，在螺纹的啮合下驱动螺纹锁杆反向运动。

第一至第四锁紧机构需要进行对接固定时，首先将第一锁件的螺纹管和第二锁件的螺纹通孔对准；然后驱动第二锁件，使得螺纹锁杆的螺柱穿过第二锁件驱动定子第一端面后旋入第一锁件的螺纹管中；接着驱动第一锁件，使得螺纹锁杆的螺柱不断旋入螺纹管中，待到第二锁件驱动定子中没有螺柱、仅有光杆，且限位圆盘抵住第二锁件驱动定子的第二端面时，螺纹锁杆限位圆盘将使得第一锁件和第二锁件完全对接锁死。

当运载压电元件单元采用1片运载压电元件时，运载机器人的驱动方法包含如下步骤：

步骤A.1），对第一、第三运载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、第四运载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运载机器人向一个方向运动；

步骤A.4），如果需要运载机器人反向运动，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。

当运载压电元件单元采用4片运载压电元件时，运载机器人的驱动方法包含如下步骤：

步骤B.1），对第一、第三运载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、第四运载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运载机器人向一个方向运动；

步骤B.4），如果需要运载机器人反向运动，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 (5)

1.基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，所述托卡马克装置周向设有四个检测窗口，其特征在于，包含第一至第四机械臂、第一至第四锁紧机构和运载机器人；

所述第一至第四机械臂均包含转盘、转盘驱动模块、连接块、第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂、以及三个角度调节模块；

所述转盘驱动模块用于驱动所述转盘转动；

所述连接块固定在转盘的上端面上；

所述第一、第二支撑臂均为两端开口的直线条状空心管，所述第一至第三连接臂为两端开口的弧形条状空心管；

所述角度调节模块包含第一压电作动器、第二压电作动器、连接轴、第一连接圆环、第二连接圆环、弹簧以及第一至第四轴承；

所述第一压电作动器、第二压电作动器均包含驱动圆环、连接杆、矩形梁、安装架、第一至第二扭振压电元件组、以及第一至第二弯振压电元件组；所述矩形梁为长方体，包含第一至第四侧面和两个端面，其中，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述连接杆为柱体，其一个端面和所述矩形梁的一个端面固连，另一个端面为弧面、和所述驱动圆环的侧面固连；所述连接杆、矩形梁同轴且轴线经过所述驱动圆环的中心，所述驱动圆环的两个端面和矩形梁的第一侧面平行；所述安装架包含对称设置在第二侧面中心、第四侧面中心的第一安装片、第二安装片，所述第一安装片、第二安装片上均设有通孔，用于固定旋转压电作动器；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组对称设置在第一侧面中心、第三侧面中心，均包含第一至第四扭振压电元件，所述第一至第四扭振压电元件均和所述矩形梁粘接，形成田字格正方形，均沿厚度方向极化且相邻扭振压电元件的极化方向相反；所述第一扭振压电元件组、第二扭振压电元件组的扭振压电元件的极化方向相反；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组对称设置在第一侧面、第三侧面上，均包含两个沿厚度方向极化的弯振压电元件；第一弯振压电元件组的两个弯振压电元件对称设置在所述第一扭振压电元件组的两侧、和所述矩形梁粘接，且极化方向相同；所述第一弯振压电元件组、第二弯振压电元件组中弯振压电元件的极化方向相同；所述驱动圆环的一个端面上周向均匀设有m个驱动齿，m为大于等于3的自然数；

所述第一连接圆环、第一压电作动器的驱动圆环、第二压电作动器的驱动圆环、第二连接圆环依次层叠，内壁分别通过第一至第四轴承和所述连接轴相连；第一压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第一连接圆环靠近第一压电作动器驱动圆环的端面相抵，第二压电作动器的驱动圆环上的驱动齿和所述第二连接圆环靠近第二压电作动器驱动圆环的端面相抵；所述弹簧套在连接轴上，一端和所述第一压电作动器的驱动圆环相抵、另一端和所述第二压电作动器的驱动圆环相抵；

所述第一支撑臂平行于转盘设置，一端和所述连接块固连；

所述第二支撑臂一端和所述第一连接臂外弧的中点固连；

所述第一支撑臂的另一端、第一至第二连接臂的一端均设有用于固定角度调节模块第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架的固定架；

所述三个角度调节模块中，第一个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和所述第一支撑臂上的固定架固连，第一个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和所述第二支撑臂远离第一连接臂的一端固连；第二个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第一连接臂上的固定架固连，第二个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第二连接臂未设有固定架的一端固连；第三个角度调节模块的第一压电作动器安装架、第二压电作动器安装架均和第二连接臂上的固定架固连，第三个角度调节模块的第一连接圆环、第二连接圆环均和第三连接臂的一端固连；

所述第一至第二支撑臂、第一至第三连接臂均在同一平面上，通过所述三个角度调节模块调节第一支撑臂和第二支撑臂之间、第一连接臂和第二连接臂之间、第二连接臂和第三连接臂之间的展开角度；

所述第一至第四锁紧机构均包含第一锁件、第二锁件和螺纹锁杆；

所述螺纹锁杆包含依次同轴固连的螺柱、光柱和限位圆盘，螺柱和光柱的底面半径相同，限位圆盘的底面半径大于光柱的底面半径；

所述第一锁件包含配重块、第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片、连接柱、沉头螺栓、法兰盘和螺纹管；

所述配重块为圆柱体，其沿轴线设有沉头通孔；所述连接柱为圆柱体，其一个端面的中线设有和所述沉头螺栓相匹配的螺纹孔；所述沉头螺栓依次穿过配重块的沉头通孔、第一圆环形压电元件、第一电极片、第二圆环形压电元件、第二电极片、第三圆环形压电元件、第三电极片、第四圆环形压电元件后和所述连接柱的螺纹孔螺纹相连，将第一至第四圆环形压电元件、第一至第三电极片固定在配重块和连接柱之间；

所述螺纹管为两端开口的空心圆柱体，其内壁上设有和所述螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹；

所述法兰盘一端和所述螺纹管的一端固连、另一端和所述连接柱远离配重块的一端固连，且法兰盘周向均匀设有若干用于固定第一锁件的通孔；

所述第二锁件包含驱动定子和第一至第四矩形压电元件；

所述驱动定子为长方体，包含第一端面、第二端面、以及第一至第四侧面，其中，第一端面、第二端面均为正方形，第一至第四侧面依次相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；所述驱动定子其沿轴线设有和螺纹锁杆的螺柱相匹配的螺纹通孔；

所述第一端面上设有若干用于固定第二锁件的螺纹孔；

所述第一至第四矩形压电元件一一对应设置在所述驱动定子的第一至第四侧面上；

所述驱动定子的螺纹通孔的长度小于螺纹锁杆光柱的长度，所述螺纹管的长度大于螺纹锁杆螺柱的长度，且螺纹管、螺纹锁杆螺柱的长度差大于驱动定子的螺纹通孔、螺纹锁杆光柱的长度差；

所述螺纹锁杆的螺杆从所述驱动定子的第二端面旋入驱动定子的螺纹通孔中；

所述第一至第四圆环形压电元件均沿其厚度方向极化，沿其直径为分界线两分区，两个分区极化方向相反；所述第一圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；所述第三圆环形压电元件和第二圆环形压电元件的分区分界线相互垂直；所述第四圆环形压电元件和第三圆环形压电元件的分区分界线平行，同一侧分区的极化方向相反；

所述第一至第四矩形压电元件均沿其厚度方向极化，第一矩形压电元件和第三矩形压电元件极化方向相同，第二矩形压电元件和第四矩形压电元件极化方向相同；

所述第一至第四机械臂的第一连接臂未设有固定架的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第一安装片，第一至第四机械臂的第三连接臂远离其第二连接臂的一端均设有用于固定第一至第四锁紧机构第一锁件的第二安装片；

所述第一至第四锁紧机构的第一锁件通过其法兰盘一一对应固定在所述第一至第四机械臂的第一安装片上，所述第一至第四锁紧机构的第二锁件一一对应固定在第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂、第一机械臂的第二安装片上；

所述第一至第四机械臂用于将其第一至第三连接臂分别从托卡马克装置的四个检测窗口伸入形成四分之一圆的弧形轨道；所述第一至第四锁紧机构用于将第一至第四机械臂形成的四个四分之一圆的弧形轨道首尾连接起来形成在托卡马克装置真空室外壁、内壁之间的圆形轨道；

所述运载机器人设置在所述第一至第四机械臂形成的圆形轨道上，用于装载检测装置并接受指令在所述圆形轨道上运动。

2.根据权利要求1所述的基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，其特征在于，所述转盘驱动模块包含转子、定子圆盘、承载轴承、以及第一至第三V形压电直线电机；

所述转子为下端开口的空心圆柱体；

所述定子圆盘设置在所述转子内，其中，定子圆盘上端面的中心和承载轴承的内圈固连、承载轴承的外圈和转子端面中心固连，定子圆盘和外界固定，转子能够相对定子圆盘自由转动；

所述第一至第三V形压电直线电机周向均匀设置在所述定子圆盘的下端面，且第一至第三V形压电直线电机的驱动足均和所述转子的内壁相抵，用于驱动转子转动；

所述转子的上端面和所述转盘的下端面同轴固连。

3.根据权利要求1所述的基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，其特征在于，所述固定架包含第一至第四固定片；所述第一至第四固定片上均设有通孔，分别和其对应角度调节模块中第一压电作动器的第一安装片、第一压电作动器的第二安装片、第二压电作动器的第一安装片、第二压电作动器的第二安装片通过螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，其特征在于，所述运载机器人包含第一至第二横梁、第一至第二竖梁、第一至第二驱动足、第一至第四运载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；

所述运载机器人套在所述轨道上，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、第四运载压电元件组均包含2片运载压电元件，其中，第二运载压电元件组的2片运载压电元件分别设置在第一横梁第二侧面、第四侧面的中心，第四运载压电元件组的2片运载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、第四运载压电元件组中，2片运载压电元件均沿厚度方向极化、且极化方向相同；

所述第一、第三运载压电元件组均包含2p个运载压电元件单元，p为大于等于1的整数，其中，所述第一运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第一竖梁的第二侧面上；第二运载压电元件组中的p个运载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个运载压电元件对称均匀设置在所述第二竖梁的第二侧面上；

所述运载压电元件单元采用1片运载压电元件或者4片运载压电元件，运载压电元件均沿厚度方向极化：

当运载压电元件单元采用1片运载压电元件时，第一、第三运载压电元件组的2p片运载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运载压电元件极化方向相同；

当运载压电元件单元采用4片运载压电元件时，该4片运载压电元件形成田字格正方形，相邻运载压电元件的极化方向相反；第一竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载压电元件的极化方向相反，第二竖梁的第一侧面、第三侧面上对称运载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运载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运载压电元件极化方向相反。

5.根据权利要求4所述的基于压电驱动的托卡马克装置轨道检测系统，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。