CN111283669B - 一种夹心式压电二自由度机械臂及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种夹心式压电二自由度机械臂及其驱动方法，涉及压电驱动及机器人领域，实现了结构简单、紧凑，易于实现微型化的设计目的。本发明包括：机械臂包括若干个依次相连的单元臂节和臂节之间的连接组件；每个单元臂节包括两个压电振子(4)；每一个单元臂节和相邻单元臂节的压电振子(4)空间位置相互正交，通过臂节间连接组件实现单元臂节与单元臂节的正交连接与和预压力的施加。本发明适用于机械臂得轻量化和微型化。
Description
技术领域
本发明涉及压电驱动及机器人领域，尤其涉及一种夹心式压电二自由度机械臂及其驱动方法。
背景技术
现有的传统的机械臂利用电磁电机，液压机为驱动源通过齿轮、带轮等将驱动器的运动传输至驱动关节，结构复杂，体积大，速度精度不易控制，针对一些特殊环境应用，如深海，外太空，高电磁干扰，高温，极寒环境等难以满足使用要求，且难以实现小型化结构紧凑设计。
近年来逐步兴起的利用压电驱动的机械臂，利用异型模态的耦合作为驱动基础，在设计过程中由于需要进行模态频率一致性调节,工作量大且复杂，并且对结构的几何形状和尺寸提出了诸多限制，难以实现系列化，模块化设计，且这类压电作动器在工作过程出现的磨损情况，能够造成两相频率漂移，增大两相频率差，使得机械臂驱动性能下降。
因此，目前的大部分方案中，由于机械臂的结构复杂，且不够紧凑，难以实现微型化。
发明内容
本发明的实施例提供一种夹心式压电二自由度机械臂及其驱动方法，其设计结构简单、紧凑，易于实现微型化。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种夹心式压电二自由度机械臂，所述夹心式压电二自由度机械臂由至少2个依次相连的单元臂节组成，各个单元臂节之间通过连接组件相连；每个单元臂节包括两个压电振子（4）和两个压电振子连接板（5）；压电振子（4）包括：第一金属基体（4.1）和（4.4）、一个固定螺栓（4.2.1）、一个固定螺母（4.2.3）、一个螺母垫片（4.2.2）和压电驱动组件（4.3）；第一金属基体（4.1）和（4.4）完全相同均为二阶梯圆柱体，第一金属基体（4.1）带二阶梯孔（4.1.3），第二金属基体（4.4）带二阶梯孔（4.4.3），每个单元臂节的两个压电振子（4）通过第一金属基体的第二阶梯圆柱（4.1.2）和第二金属基体的第二阶梯圆柱(4.4.2)，分别和两个连接板的圆孔（5.1）通过过盈配合连接；压电驱动组件（4.3）从左向右依次安装了：第一压电陶瓷片（4.3.1）、第一电极片（4.3.5）、第二压电陶瓷片（4.3.2）、第二电极片（4.3.6）、第三压电陶瓷片（4.3.3）、第三电极片（4.3.7）、第四压电陶瓷片（4.3.4）和第四电极片（4.3.8）；压电驱动组件（4.3）的第二电极片（4.3.6）和第四电极片（4.3.8）接地，第一电极片（4.3.5）和第三电极片（4.3.7）通过电源输入驱动信号；压电振子连接板（5）为板状结构，所述板状结构的两端开有对称圆孔（5.1），中部开有矩形孔（5.2）；连接板（5）安装在压电振子（4）的一阶弯振的节点处；每个连接组件包括：四个滑动轴承环（6）和四根双钩弹簧（7）；滑动轴承环（6）为带双孔的圆环形结构，两个孔各自的孔心连线与所述圆环形结构的直径重合；在每个单元臂节中，每个压电振子（4）与滑动轴承环（6）间隙配合；每个单元臂节的压电振子（4）和相邻的单元臂节的压电振子（4）上的滑动轴承环（6）通过所述的四根双钩弹簧（7）连接。
在第一金属基体（4.1）中：第一阶梯圆柱（4.1.1）直径大于第二阶梯圆柱（4.1.2）；
沿第一金属基体（4.1）轴线方向，第一阶梯圆柱（4.1.1）长度小于第二阶梯圆柱（4.1.2）长度；二阶梯孔（4.1.3）为通孔，二阶梯孔（4.1.3）从第一阶梯圆柱（4.1.1）端面开始，
二阶梯孔（4.1.3）的第一阶梯孔(4.1.3.1)的直径大于第二阶梯孔（4.1.3.2）。
第一压电陶瓷片（4.3.1）第二压电陶瓷片（4.3.2）、第三压电陶瓷片（4.3.3）和第四压电陶瓷片（4.3.4），均为沿厚度方向极化的两分区的圆环形的压电陶瓷片；在所述两分区的圆环形的压电陶瓷片中，极化分界线沿直径为界，形成两个极化方向相反的分区，每一个面上沿极化分界线两侧分为正半面和负半面；按照从左往右的顺序，一侧面的正半面沿厚度方向对应于另一侧面的负半面，一侧面的负半面沿厚度方向对应于另一侧面的正半面。
第一压电陶瓷片（4.3.1）和第二压电陶瓷片（4.3.2），与第一电极片（4.3.5）的两个面接触；第一压电陶瓷片（4.3.1）的极化分界线（4.3.9）与第二压电陶瓷片（4.3.2）的极化分界线（4.3.10）方向一致，按照从左往右的顺序，第一压电陶瓷片（4.3.1）最左边一侧面的正半面，负半面方位和第二压电陶瓷片（4.3.2）最右边一侧面的正半面，负半面方位一致；第三压电陶瓷片（4.3.3）和第四压电陶瓷片（4.3.4），与第三电极片（4.3.7）的两个面接触；第三压电陶瓷片（4.3.3）的极化分界线（4.3.11）与第四压电陶瓷片（4.3.4）的极化分界线（4.3.12）方向一致，按照从左往右的顺序，第三压电陶瓷片（4.3.3）最左边一侧面的正半面，负半面方位和第四压电陶瓷片（4.3.4）最右边一侧面的正半面，负半面方位一致；第二压电陶瓷片（4.3.2）和第三压电陶瓷片（4.3.3），与第二电极片（4.3.6）的两个面接触，第二压电陶瓷片（4.3.2）的极化分界线（4.3.10）和第三压电陶瓷片（4.3.3）的极化分界线（4.3.11）方向相互垂直；按照从左往右的顺序，第四压电陶瓷片（4.3.4）最右侧的面和第四电极片（4.3.8）接触；
第一电极片（4.3.5）、第二电极片（4.3.6）、第三电极片（4.3.7）和第四电极片（4.3.8），均为带一个圆耳的圆环形电极片。
固定螺栓（4.2.1）依次穿过第一个第一金属基体（4.1）的二阶梯孔（4.1.3）、压电驱动组件（4.3）、第二金属基体（4.4）的二阶梯孔（4.4.3）、螺母垫片（4.2.2）和固定螺母（4.2.3），并通过固定螺栓（4.2.1）与固定螺母（4.2.3）的配合预紧固连整个压电振子（4）。
电驱动组件（4.3）采用防水胶进行绝缘处理。
第二方面，本发明的实施例提供一种夹心式压电二自由度机械臂的驱动过程，包括：
对单元臂节上压电振子（4）的压电驱动组件（4.3）的第一电极片（4.3.5）和第三电极片（4.3.7）施加简谐驱动信号，使其被施加简谐驱动信号的压电振子（4）与相接触的相邻压电振子（4）接触的各点产生椭圆运动。
施加的简谐驱动信号为具有π/2时间相位差的特定频率的简谐驱动信号，其中，所述特定频率为预设的频率值，激励出压电振子（4）两个时间和空间相互正交的一阶弯振模态。
分别对相邻单元臂节的相邻压电振子（4）施加驱动信号，分别触发单元臂节绕与之相邻单元臂节压电振子（4）圆周方向的转动，和单元臂节绕自身的压电振子（4）轴线的转动；对两个单元臂节的压电振子（4）分别施加驱动信号，触发两个单元臂节在正交平面内的二自由度转动，其中，单元臂节和相邻单元臂节在空间上正交。
针对传统电磁和液压机驱动械臂存在的结构复杂，控制精度低问题，本发明结构紧凑简单，易于实现微型化，且压电驱动原理的断电自锁效应使得本发明的机械臂控制精度高。相对于其他的压电作动的机械臂，由于压电振子（4）为轴对称结构，其两个正交方向的一阶弯振具有天然的两相模态频率一致性，无需进行异型模态的频率一致性调节，减少了对机械臂设计尺寸形状等的限制，更易于实现系列化，模块化的设计，且随工程应用场景的不同，机械臂的可调整尺寸多，工程应用性强，具有重要的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种夹心式压电二自由度机械臂结构示意图；
图2为本发明实施例提供的单元臂节结构示意图；
图3为本发明实施例提供的压电振子结构示意图；
图4为本发明实施例提供的金属基体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的压电驱动组件意图；
图6为本发明实施例提供的压电振子紧固件示意图；
图7为本发明实施例提供的压电振子连接板结构意图；
图8为本发明实施例提供的臂节之间的连接组件示意图；
图9为本发明实施例提供的压电驱动组件施加电压信号示意图；
图10为本发明实施例提供的压电振子沿着Z轴在ZOX平面的一阶弯曲振动振模态示意图；
图11为本发明实施例提供的压电振子沿着Z轴在ZOY平面的一阶弯曲振动振模态示意图；
附图中各标号分别表示：1-第一单元臂节、2-第二单元臂节、3-第三单元臂节、4-压电振子、5-压电振子连接板、6-滑动轴承环、7-双钩弹簧、4.1-第一金属基体、4.2-压电振子紧固件、4.3-压电驱动组件、4.4-第二金属基体、4.1.1-第一金属基体第一阶梯圆柱、4.1.2-第一金属基体第二阶梯圆柱、4.1.3第一金属基体二阶梯孔、4.1.3.1-第一金属基体第一阶梯孔、4.1.3.2-第一金属基体第二阶梯孔、4.4.1-第二金属基体第一阶梯圆柱、4.4.2-第二金属基体的第二阶梯圆柱、4.4.3第二金属基体二阶梯孔、4.4.3.1-第二金属基体第一阶梯孔、4.4.3.2-第二金属基体第二阶梯孔、4.2.1-固定螺栓、4.2.2-螺母垫片、4.2.3-固定螺母、4.3.1-第一压电陶瓷片、4.3.2-第二压电陶瓷片、4.3.3-第三压电陶瓷片、4.3.4-第四压电陶瓷片、4.3.5-第一电极片、4.3.6-第二电极片、4.3.7-第三电极片、4.3.8-第四电极片、4.3.9-第一压电陶瓷片极化分界线、4.3.10-第二压电陶瓷片极化分界线、4.3.11-第三压电陶瓷片极化分界线、4.3.12-第四压电陶瓷片极化分界线、5.1-压电振子连接板圆孔、5.2压电振子连接板矩形孔。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，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。
具体如图1所示，本发明公开了一种夹心式压电二自由度机械臂，包含若干依次相连的单元臂节和臂节之间的连接组件；为了举例说明，以包含三个单元臂节的二自由度压电驱动机械臂为例，包含的三个单元臂节分别为第一单元臂节1、第二单元臂节2、第三单元臂节3。
如图2所示，每个单元臂节包含两个压电振子4，两个压电振子连接板5。
如图3所示每个压电振子4包含第一金属基体4.1和第二金属基体4.4，压电振子紧固件4.2,压电驱动组件4.3，如图4所示第一金属基体4.1和第二金属基体4.4为完全相同的二阶梯圆柱体，4.1带二阶梯孔4.1.3、4.4带二阶梯孔4.4.3，第一金属基体4.1与第二金属基体4.4完全相同，以第一金属基体为例进行说明，第一金属基体4.1的第一阶梯圆柱4.1.1直径大于第二阶梯圆柱4.1.2，沿第一金属基体4.1轴线（或者图10中的Z轴方向）方向第一阶梯圆柱4.1.1长度小于第二阶梯圆柱4.1.2长度，二阶梯孔4.1.3为通孔，二阶梯孔4.1.3的第一阶梯孔4.1.3.1的直径大于第二阶梯孔4.1.3.2。
如图5所示压电驱动组件4.3从左向右依次包括第一压电陶瓷片4.3.1、第一电极片4.3.5、第二压电陶瓷片4.3.2、第二电极片4.3.6、第三压电陶瓷片4.3.3、第三电极片4.3.7、第四压电陶瓷片4.3.4、第四电极片4.3.8；第一至第四压电陶瓷片均为沿厚度方向极化的两分区圆环形压电陶瓷片，极化分界线沿直径为界，形成两个极化方向相反的分区，每一个面上沿极化分界线两侧分为正半面，负半面，从左往右，一侧面的正半面沿厚度方向对应于另一侧面的负半面，一侧面的负半面沿厚度方向对应于另一侧面的正半面；第一至第四电极片均为带一个小圆耳的圆环形电极片；第一压电陶瓷片4.3.1、第二压电陶瓷片4.3.2与第一电极片4.3.5的两个面接触，第一压电陶瓷片4.3.1的极化分界线4.3.9与第二压电陶瓷片4.3.2的极化分界线4.3.10方向一致，从左往右，第一压电陶瓷片4.3.1最左边一侧面的正半面，负半面方位和第二压电陶瓷片最右边一侧面的正半面，负半面方位一致；第三压电陶瓷片4.3.3、第四压电陶瓷片4.3.4与第三电极片4.3.7的两个面接触，第三压电陶瓷片4.3.3的极化分界线4.3.11与第四压电陶瓷片4.3.4的极化分界线4.3.12方向一致，从左往右，第三压电陶瓷片4.3.3最左边一侧面的正半面，负半面方位和第四压电陶瓷片4.3.4最右边一侧面的正半面，负半面方位一致。
第二压电陶瓷片4.3.2、第三压电陶瓷片4.3.3与第二电极片4.3.6的两个面接触，第二压电陶瓷片4.3.2的极化分界线4.3.10和第三压电陶瓷4.3.3的极化分界线4.3.11方向相互垂直；从左往右，第四压电陶瓷片4.3.3最右侧的面和第四电极片4.3.8接触。
如图6所述，压电振子紧固件4.2包含固定螺栓4.2.1，螺母垫片4.2.2，固定螺母4.2.3；固定螺栓4.2.1依次穿过第一金属基体4.1的二阶梯孔4.1.3、压电驱动组件4.3、第二金属基体4.4的二阶梯孔4.4.3、螺母垫片4.2.2，固定螺母4.2.3，通过螺栓螺母的配合预紧固连整个压电振子。
如图7所示，压电振子连接板5，两端为对称圆孔5.1，中部为矩形孔5.2的板状结构。单元臂节的两个压电振子4分别通过其第一金属基体4.1的第二阶梯圆柱4.1.2和和第二金属基体4.4的第二阶梯圆柱4.4.2和两个连接板的圆孔5.1过盈配合连接，连接板5在压电振子上的位置在压电振子的一阶弯振的节点处。
如图8所示，臂节之间的连接组件包含四个滑动轴承环6，四个连接弹簧7，滑动轴承环6为带双孔圆环形结构，两孔孔心连线与圆环直径重合，弹簧7为双钩弹簧，弹簧两端的弹簧钩方向相互垂直。
单元臂节的每个压电振子与两个滑动轴承间隙配合，单元臂节的压电振子和相邻单元臂节的压电振子上的滑动轴承环通过所述的四根双钩弹簧连接，实现单元臂节与单元臂节之间的正交连接与和预压力的施加。
如图9所示通过对单元臂节上压电振子的压电驱动组件的第一、第三电极片施加具有π/2时间相位差的特定频率的简谐驱动信号，激励出压电振子两个时间和空间相互正交的如图10和图11所示的一阶弯振模态，使其自身产生与相接触的相邻压电振子接触的各点微幅椭圆运动，经过摩擦作用产生驱动力。
工作时，可分别对相邻单元臂节的相邻压电振子施加驱动信号，可分别实现单元臂节绕与之相邻单元臂节压电振子圆周方向的转动和单元臂节绕自身的压电振子轴线的转动。
又由于单元臂节和其相邻单元臂节在空间上正交，对两单元臂节对应的压电振子施加驱动信号，能够实现两臂节在正交平面内的二自由度转动。
本实施例中，公开了一种夹心式压电二自由度机械臂及其驱动方法，机械臂包括若干个依次相连的单元臂节和臂节之间的连接组件；每个单元臂节包括两个压电振子4；每一个单元臂节和相邻单元臂节的压电振子4空间位置相互正交，通过臂节间连接组件实现单元臂节与单元臂节的正交连接与和预压力的施加；工作时，可对单元臂节的压电振子4施加具π/2相位差的驱动信号，激励出压电振子4两个时间和空间相互正交的一阶弯振模态，使其自身与相邻压电振子4接触的各点产生微幅椭圆运动，经过摩擦作用产生驱动力，可分别实现单元臂节绕与之相邻单元臂节压电振子4的转动和单元臂节绕自身压电振子4轴线的转动，又由于单元臂节和其相邻单元臂节在空间上正交，对两单元臂节对应的压电振子4施加具π/2相位差的驱动信号，能够实现两臂节在正交平面内的二自由度转动。本发明压电振子4为轴对称结构，利用其两个正交方向的一阶弯振具有天然的两相模态频率一致性，减少了对机械臂设计尺寸形状等的限制，更易于实现系列化，模块化的设计，在不同工程应用场合，具有重要的应用前景。
与现有技术相比，本实施例具有以下优点：
相对于传统电磁和液压机驱动械臂其结构简单，质量轻，无需齿轮减速等机构，易于密封，易于实现微化，运行噪声低，易于实现低速大力矩，不受电磁干扰，能断电自锁，控制精度高。
相对于其他的压电作动的机械臂，由于压电振子4为轴对称结构，利用其两个正交方向的一阶弯振具有天然的两相模态频率一致性，无需进行不同相模态的模态耦合频率一致性调节，减少了对机械臂设计尺寸形状等的限制，更易于实现系列化，模块化的设计，且随工程应用场景的不同，机械臂的可调整尺寸多，工程应用性强，具有重要的应用前景。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，所述夹心式压电二自由度机械臂由至少2个依次相连的单元臂节组成，各个单元臂节之间通过连接组件相连；
每个单元臂节包括两个压电振子（4）和两个压电振子连接板（5）；
压电振子（4）包括：第一金属基体（4.1）和第二金属基体（4.4）、一个固定螺栓（4.2.1）、一个固定螺母（4.2.3）、一个螺母垫片（4.2.2）和压电驱动组件（4.3）；
第一金属基体（4.1）和第二金属基体（4.4）为完全相同的二阶梯圆柱体，第一金属基体（4.1）带二阶梯孔（4.1.3）、第二金属基体（4.4）带二阶梯孔（4.4.3），每个单元臂节的两个压电振子（4）通过第一金属基体的第二阶梯圆柱（4.1.2）和第二金属基体的第二阶梯圆柱(4.4.2)分别和两个压电振子连接板（5）的圆孔（5.1）通过过盈配合连接；压电驱动组件（4.3）从左向右依次安装了：第一压电陶瓷片（4.3.1）、第一电极片（4.3.5）、第二压电陶瓷片（4.3.2）、第二电极片（4.3.6）、第三压电陶瓷片（4.3.3）、第三电极片（4.3.7）、第四压电陶瓷片（4.3.4）和第四电极片（4.3.8）；
压电驱动组件（4.3）的第二电极片（4.3.6）和第四电极片（4.3.8）接地，第一电极片（4.3.5）和第三电极片（4.3.7）通过电源输入驱动信号；
压电振子连接板（5）为板状结构，所述板状结构的两端开有对称圆孔（5.1），中部开有矩形孔（5.2）；
压电振子连接板（5）安装在压电振子（4）的一阶弯振的节点处；
每个连接组件包括：四个滑动轴承环（6）和四根双钩弹簧（7）；
滑动轴承环（6）为带双孔的圆环形结构，两个孔各自的孔心连线与所述圆环形结构的直径重合；
在每个单元臂节中，每个压电振子（4）与两个滑动轴承环（6）间隙配合；
每个单元臂节的压电振子（4）上的滑动轴承环（6）和相邻的单元臂节的压电振子（4）上的滑动轴承环（6）通过所述的四根双钩弹簧（7）连接；
第一压电陶瓷片（4.3.1）、第二压电陶瓷片（4.3.2）、第三压电陶瓷片（4.3.3）和第四压电陶瓷片（4.3.4）均为沿厚度方向极化的两分区的圆环形的压电陶瓷片；
在所述两分区的圆环形的压电陶瓷片中，极化分界线沿直径为界，形成两个极化方向相反的分区，每一个面上沿极化分界线两侧分为正半面和负半面；按照从左往右的顺序，一侧面的正半面沿厚度方向对应于另一侧面的负半面，一侧面的负半面沿厚度方向对应于另一侧面的正半面；
第一压电陶瓷片（4.3.1）和第二压电陶瓷片（4.3.2）与第一电极片（4.3.5）的两个面接触；第一压电陶瓷片（4.3.1）的极化分界线（4.3.9）与第二压电陶瓷片（4.3.2）的极化分界线（4.3.10）方向一致，按照从左往右的顺序，第一压电陶瓷片（4.3.1）最左边一侧面的正半面、负半面方位和第二压电陶瓷片（4.3.2）最右边一侧面的正半面、负半面方位一致；
第三压电陶瓷片（4.3.3）和第四压电陶瓷片（4.3.4）与第三电极片（4.3.7）的两个面接触；
第三压电陶瓷片（4.3.3）的极化分界线（4.3.11）与第四压电陶瓷片（4.3.4）的极化分界线（4.3.12）方向一致，按照从左往右的顺序，第三压电陶瓷片（4.3.3）最左边一侧面的正半面、负半面方位和第四压电陶瓷片（4.3.4）最右边一侧面的正半面、负半面方位一致；
第二压电陶瓷片（4.3.2）和第三压电陶瓷片（4.3.3）与第二电极片（4.3.6）的两个面接触，第二压电陶瓷片（4.3.2）的极化分界线（4.3.10）和第三压电陶瓷片（4.3.3）的极化分界线（4.3.11）方向相互垂直；按照从左往右的顺序，第四压电陶瓷片（4.3.4）最右侧的面和第四电极片（4.3.8）接触。
2.根据权利要求1所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，在第一金属基体（4.1）中：
第一阶梯圆柱（4.1.1）直径大于第二阶梯圆柱（4.1.2）；
沿第一金属基体（4.1）轴线方向，第一阶梯圆柱（4.1.1）长度小于第二阶梯圆柱（4.1.2）长度；
二阶梯孔（4.1.3）为通孔，二阶梯孔（4.1.3）从第一阶梯圆柱（4.1.1）端面开始，二阶梯孔（4.1.3）的第一阶梯孔(4.1.3.1)的直径大于第二阶梯孔（4.1.3.2）。
3.根据权利要求1所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，
第一电极片（4.3.5）、第二电极片（4.3.6）、第三电极片（4.3.7）和第四电极片（4.3.8），均为带一个圆耳的圆环形电极片。
4.根据权利要求1所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，固定螺栓（4.2.1）依次穿过第一金属基体（4.1）的二阶梯孔（4.1.3）、压电驱动组件（4.3）、第二金属基体（4.4）的二阶梯孔（4.4.3）、螺母垫片（4.2.2）和固定螺母（4.2.3），并通过固定螺栓（4.2.1）与固定螺母（4.2.3）的配合预紧固连整个压电振子（4）。
5.根据权利要求1所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，压电驱动组件（4.3）采用防水胶进行绝缘处理。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，所述的夹心式压电二自由度机械臂的驱动过程包括：
对单元臂节上压电振子（4）的压电驱动组件（4.3）的第一电极片（4.3.5）和第三电极片（4.3.7）施加简谐驱动信号，使其被施加简谐驱动信号的压电振子（4）与相接触的相邻压电振子（4）接触的各点产生椭圆运动。
7.根据权利要求6所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，施加的简谐驱动信号为具有π/2时间相位差的特定频率的简谐驱动信号，其中，所述特定频率为预设的频率值，激励出压电振子（4）两个时间和空间相互正交的一阶弯振模态。
8.根据权利要求6所述的夹心式压电二自由度机械臂，其特征在于，分别对相邻单元臂节的相邻压电振子（4）施加驱动信号，分别触发单元臂节绕与之相邻单元臂节压电振子（4）圆周方向的转动，和单元臂节绕自身的压电振子（4）轴线的转动；
对两个单元臂节的压电振子（4）分别施加驱动信号，触发两个单元臂节在正交平面内的二自由度转动，其中，单元臂节和相邻单元臂节在空间上正交。
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