CN116476119B - 一种张角式二指夹钳及其激励方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于机械手技术领域，公开了一种张角式二指夹钳及其激励方法，张角式二指夹钳包括基架、两个夹指和动力装置；夹指包括相互固连的转盘和手指，转盘与基架转动连接；动力装置包括驱动足和弹性体，驱动足与弹性体固定连接，弹性体相对的两侧各设置有一块压电陶瓷片且两块压电陶瓷片同极相对设置，两个转盘的圆周面分别压贴在驱动足的两侧；动力装置能够在同一弹性体的两块压电陶瓷片输入相同的预设周期波电信号时激发工作模态，在工作模态下，驱动足沿两个转盘的切线方向做快慢交替的往复振动，从而基于摩擦力和惯性力驱使两个转盘朝单侧方向旋转，以实现两个手指张开或闭合；该张角式二指夹钳结构简单、工作可靠、定位精度高且能够断电自锁。
Description
技术领域
本申请涉及机械手技术领域，具体而言，涉及一种张角式二指夹钳及其激励方法。
背景技术
夹钳是工业机器人在制造生产工作中最常用的一种搬运型末端执行器。常见的机器人夹钳一般由夹指、动力装置、传动机构、连接和支撑机构组成，这类机器人夹钳不仅机构繁多、结构复杂、体积大，而且功能比较薄弱，如：在断电或断气的情况下，需要额外的机构才能保持夹钳的锁止；需要借助传感器配合闭环控制系统，才能实现夹钳的高精度定位；需要借助传动机构（如减速器、齿轮、同步带、丝杠及绳索），才能实现动力输出；需要借助连接和支撑机构，才能实现夹指的有效开合。
因此，现有技术有待改进和提高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种张角式二指夹钳及其激励方法，其结构简单、工作可靠、定位精度高且能够断电自锁。
第一方面，本申请提供了一种张角式二指夹钳，包括基架、两个转动设置在所述基架上的夹指和用于驱动两个所述夹指相互靠近或远离摆动的动力装置；所述夹指包括相互固定连接的转盘和手指，所述转盘与所述基架转动连接；
所述动力装置包括驱动足和弹性体，所述驱动足与所述弹性体固定连接，所述弹性体相对的两侧各设置有一块压电陶瓷片且两块所述压电陶瓷片同极相对设置，两个所述转盘的圆周面分别压贴在所述驱动足的两侧；所述动力装置能够在同一所述弹性体的两块所述压电陶瓷片输入相同的预设周期波电信号时激发工作模态，在所述工作模态下，所述驱动足沿两个所述转盘的切线方向做快慢交替的往复振动，从而基于摩擦力和惯性力驱使两个所述转盘朝单侧方向旋转，以实现两个所述手指张开或闭合。
向压电陶瓷片输入预设周期波电信号，以激发动力装置的工作模态，从而驱动足沿转盘的切线方向的一侧慢速移动，从而通过摩擦力带动转盘转动，再沿切线方向的另一侧快速移动，由于惯性力的作用，此时转盘不会反向转动，如此循环，即可使转盘朝单侧方向旋转，实现两个手指的开合，其结构简单、工作可靠；而且由于压电陶瓷片激励下的驱动足的移动幅度是微纳米级的，可使得手指末端的位移分辨率也可达到微纳米级，因此在没有传感器的开环控制下，二指夹钳的定位精度可达到微纳米级，定位精度高；当断电时，在转盘和驱动足之间的摩擦力作用下可实现夹指的自锁。
可选地，所述动力装置包括一个所述弹性体。
可选地，所述动力装置包括两个所述弹性体，所述驱动足的两端分别与两个所述弹性体固定连接，每个弹性体均设置有两块同极相对设置所述压电陶瓷片。
优选地，两个所述弹性体的所述压电陶瓷片朝外的一侧的极性相同。
从而能够避免驱动足产生厚度方向（即压电陶瓷片的法向）的振动，使驱动足可靠地沿转盘的切线方向运动，提高驱动效果。
优选地，所述驱动足设置有两个相互对称的驱动侧面，在所述工作模态下，所述驱动足沿两个所述驱动侧面的对称轴往复振动，两个所述转盘的圆周面分别压贴在两个所述驱动侧面上。
从而保证两个转盘转动的同步性，进而使两个手指同步对称摆动，方便对夹取位置进行定位。
优选地，所述驱动侧面为朝内凹的圆弧面。
优选地，所述弹性体通过两个定位件与所述基架固定连接，两个所述定位件设置在所述弹性体的振动节点处。
优选地，所述的张角式二指夹钳，还包括两个弹性连接件，所述转盘上穿设有一根转轴，两个所述弹性连接件分别连接在两根所述转轴的两端之间，所述弹性连接件用于提供拉力以使两个所述转盘压紧在所述驱动足上。
通过两个弹性连接件提供的弹性力，能够使两个转盘可靠地与驱动足压贴，保证驱动效果可靠，而且能够保证转盘与驱动足之间有足够大的摩擦力，从而实现可靠的断电自锁。
第二方面，本申请提供了一种张角式二指夹钳激励方法，用于对前文所述张角式二指夹钳进行激励，包括步骤：
A1.往所述弹性体的两块所述压电陶瓷片输入相同的预设周期波电信号，以激发所述动力装置的所述工作模态，从而实现两个所述手指张开或闭合；所述预设周期波电信号从波谷到后一个波峰的时间与从波峰到后一个波谷的时间不同。
优选地，步骤A1包括：
若所述动力装置包括两个所述弹性体，则往两个所述弹性体的所述压电陶瓷片输入相互反相的预设周期波电信号。
有益效果：本申请提供的张角式二指夹钳及其激励方法，张角式二指夹钳的结构简单、工作可靠；而且由于压电陶瓷片激励下的驱动足的移动幅度是微纳米级的，可使得手指末端的位移分辨率也可达到微纳米级，因此在没有传感器的开环控制下，二指夹钳的定位精度可达到微纳米级，定位精度高；当断电时，在转盘和驱动足之间的摩擦力作用下可实现夹指的自锁。
附图说明
图1为本申请实施例提供的张角式二指夹钳的爆炸图。
图2为本申请实施例提供的张角式二指夹钳的立体图。
图3为夹指的结构示意。
图4为动力装置的结构示意图。
图5为动力装置的第一工作模态图。
图6为动力装置的第二工作模态图。
图7为一种示例性的预设周期波电信号的示意图。
图8为另一种示例性的预设周期波电信号的示意图。
图9为张角式二指夹钳张开过程的示意图。
图10为张角式二指夹钳闭合过程的示意图。
标号说明：1、基架；101、基座；102、封盖；2、夹指；201、转盘；202、手指；203、转轴；204、凸台部；3、动力装置；301、驱动足；302、弹性体；303、压电陶瓷片；304、驱动侧面；305、定位件；4、弹性连接件；5、轴承。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1-图4，本申请一些实施例中的一种张角式二指夹钳，包括基架1、两个转动设置在基架1上的夹指2和用于驱动两个夹指2相互靠近或远离摆动的动力装置3；夹指2包括相互固定连接的转盘201和手指202，转盘201与基架1转动连接；
动力装置3包括驱动足301和弹性体302，驱动足301与弹性体302固定连接，弹性体302相对的两侧各设置有一块压电陶瓷片303且两块压电陶瓷片303同极相对设置，两个转盘201的圆周面分别压贴在驱动足301的两侧；动力装置3能够在同一弹性体302的两块压电陶瓷片303输入相同的预设周期波电信号时激发工作模态，在工作模态下，驱动足301沿两个转盘201的切线方向做快慢交替的往复振动，从而基于摩擦力和惯性力驱使两个转盘201朝单侧方向旋转，以实现两个手指202张开或闭合。
其中，驱动足301沿两个转盘201的切线方向做快慢交替的往复振动是指：驱动足301沿该切线方向往复振动，且在振动的过程中，往该切线的其中一个方向移动的速度比另一个方向移动的速度快（例如，驱动足301左右振动，朝左侧移动时的速度较慢，朝右侧移动时的速度较快）。其中，朝单侧方向旋转是指在旋转过程中只朝一个方向发生转动。
使用时，向压电陶瓷片303输入预设周期波电信号，以激发动力装置3的工作模态，从而驱动足301沿转盘201的切线方向的一侧慢速移动，从而通过摩擦力带动转盘201转动，再沿切线方向的另一侧快速移动（此处的快速和慢速是相对概念，是指驱动足301沿一侧移动的速度比沿另一侧移动的速度快），由于惯性力的作用，此时转盘201不会反向转动（类似于拉桌布现象，当缓慢地拉动桌布时，桌布上的物体随着桌布缓慢地移动，当快速抽出桌布时，桌布上的物体则由于惯性力的作用，待在原位置），如此循环，即可使转盘201朝单侧方向旋转（例如，当驱动足301慢速移动时带动转盘201顺时针转动，则该单侧方向为顺时针方向；当驱动足301慢速移动时带动转盘201逆时针转动，则该单侧方向为逆时针方向），实现两个手指202的开合，其结构简单、工作可靠；而且由于压电陶瓷片303激励下的驱动足301的移动幅度是微纳米级的，可使得手指202末端的位移分辨率也可达到微纳米级，因此在没有传感器的开环控制下，二指夹钳的定位精度可达到微纳米级，定位精度高；当断电时，在转盘201和驱动足301之间的摩擦力作用下可实现夹指2的自锁。
其中，两块压电陶瓷片303同极相对设置是指，正极相对设置或负极相对设置；例如图4中，同一弹性体302的两块压电陶瓷片303为负极相对设置（从而压电陶瓷片303背向弹性体302的一侧为正极）。
需要说明的是，当输入的预设周期波电信号的频率足够高时，可实现手指202的快速开合，响应速度快，当频率在超声频域（>20kHz）时，工作时产生的声音频率超出人耳的听觉范围，对于附近的工作人员来说，工作时无噪音污染。
其中，动力装置3可以只包括一个弹性体302；从而，压电陶瓷片303只设置有两块。
其中，动力装置3也可以包括两个弹性体302，驱动足301的两端（指驱动足301沿两个转盘201的切线方向做快慢交替的往复振动时的振动方向上的两端）分别与两个弹性体302固定连接，每个弹性体302均设置有两块同极相对设置压电陶瓷片303（如图4所示）。从而，当两个弹性体302同时驱动驱动足301往复振动时，能够提供更大的动力。
其中，工作模态包括第一工作模态和第二工作模态，两个工作模态的区别在于相对缓慢移动的方向相反，从而在第一工作模态和第二工作模态下，同一转盘201转动的方向相反，因此，第一工作模态和第二工作模态之一用于驱动两个手指202张开，另一个用于驱动两个手指202闭合；图5和图6分别为图4所示的动力装置3的第一工作模态图和第二工作模态图，图5显示的是驱动足301朝左侧相对缓慢移动并朝右侧相对快速移动的模态，图6显示的是驱动足301朝右侧相对缓慢移动并朝左侧相对快速移动的模态。其中，通过把同一弹性体302的两块压电陶瓷片303的输入信号切换为反相信号即可实现第一工作模态和第二工作模态之间的切换。
参考图4，当动力装置3包括两个弹性体302时，优选地，两个弹性体302的压电陶瓷片303朝外的一侧（即背向弹性体302的一侧）的极性相同。例如图4中，压电陶瓷片303朝外的一侧为正极，但也可以是负极。这种对称设置方式，能够避免驱动足301产生厚度方向（即压电陶瓷片303的法向）的振动，使驱动足301可靠地沿转盘201的切线方向运动，提高驱动效果。
需要说明的是，当动力装置3包括两个弹性体302时，两个弹性体302的压电陶瓷片303输入的预设周期波电信号为相互反相的周期波电信号，例如图7和图8所示的周期波电信号（其中一个弹性体302的压电陶瓷片303输入图7的周期波电信号，另一个弹性体302的压电陶瓷片303输入图8的周期波电信号），以保证一个弹性体302收缩时另一个弹性体302伸长，从而可靠地使驱动足301在同一直线上往复振动。
其中，弹性体302与驱动足301可以是一体设置的，也可以通过焊接、粘接、螺接等方式进行固定连接。
其中，在一些实施方式中，参考图4，压电陶瓷片303朝外的一侧为正极，弹性体302和驱动足301均可导电，其中一个弹性体302或驱动足301接地，各压电陶瓷片303的正极分别与对应的电源输入端（图中的in端）连接；从而只需要有一个接地连接端即可，简化了电路连接结构。
其中，弹性体302可以但不限于由弹性合金制成。具体的，弹性合金包括 Fe-Ni-Cr系、Ni-Ct系、Ni-Cr-Nb系、Ni-Co-Cr系、Nb-Ti系、Fe-Ni-Co系等。此外，实际常用的还有铜基合金，如锡磷青铜、铍青铜等。弹性合金除了具备优秀的弹性能力，还具有微塑性变形抗力高、硬度高的特点。
其中，压电陶瓷片303、弹性体302和驱动足301的形状可根据实际需要设置，例如图4中，压电陶瓷片303为矩形，弹性体302为长方体状，驱动足301垂直于工作模态下的振动方向的横截面为矩形，但不限于此。
在一些优选实施方式中，见图4，驱动足301设置有两个相互对称的驱动侧面304，在工作模态下，驱动足301沿两个驱动侧面304的对称轴往复振动（即该对称轴平行于两个转盘201的切线方向），两个转盘201的圆周面分别压贴在两个驱动侧面304上。从而保证两个转盘201转动的同步性，进而使两个手指202同步对称摆动（即两个手指202始终保持关于同一个对称轴对称），方便对夹取位置进行定位。
其中，该驱动侧面304可以是平面或曲面。优选地，见图4，驱动侧面304为朝内凹的圆弧面（从而驱动足301的中间宽度比两端宽度小），该圆弧面的直径略大于转盘201的直径，从而通过圆弧面可以对转盘201和动力装置3之间的相对位置进行定位。
在一些优选实施方式中，见图4，每个弹性体302通过两个定位件305与基架1固定连接，两个定位件305设置在弹性体302的振动节点处。由于振动节点处的振幅为0，节点位置不会发生位移，因此，把定位件305设置在振动节点处，既可实现与基架1的固定连接，也不会影响动力装置3的模态。其中，定位件305可通过焊接、粘接、螺钉连接等方式与弹性体302连接，并可通过焊接、粘接、螺钉连接等方式与基架1连接。
优选地，参考图1-图3，该张角式二指夹钳，还包括两个弹性连接件4，转盘201上穿设有一根转轴203，两个弹性连接件4分别连接在两根转轴203的两端之间，弹性连接件4用于提供拉力以使两个转盘201压紧在驱动足301上。通过两个弹性连接件4提供的弹性力，能够使两个转盘201可靠地与驱动足301压贴，保证驱动效果可靠，而且能够保证转盘201与驱动足301之间有足够大的摩擦力，从而实现可靠的断电自锁。
其中，弹性连接件4可以但不限于为拉簧、橡皮筋等。其中，弹性连接件4施加的拉力可以达到动力装置3自身重量的几百倍（动力装置3的重量只有几克），依据库伦定律可知（两摩擦材料的摩擦系数一般在0.1-0.5之间），该动力装置3产生的驱动力和自锁力可以达到自身重量的几十倍。
在一些进一步实施方式中，见图1-图3，转轴203的两端通过轴承5与基架1转动连接，其中，转轴203与对应的轴承5之间为间隙配合（即转轴203的直径小于轴承孔的直径），从而方便弹性连接件4对转轴203施加拉力以令转盘201压紧驱动足301。
进一步地，见图1、图3，转轴203上设置有凸台部204，转盘201套设在凸台部204上，凸台部204的两端分别与两个轴承5的内圈端面相抵，从而实现对转盘201轴向位置的定位。
进一步地，见图1、图2，基架1包括基座101和封盖102，基座101和封盖102之间围成安装腔，转盘201和动力装置3均设置在该安装腔内，手指202伸出安装腔外。其中，基座101和封盖102之间优选为可拆卸连接（如螺钉连接），以便于装拆维护。
进一步地，见图1，基座101和封盖102上均开设有两个避位孔，两个转轴203的两端分别从对应的两个避位孔伸出基架1外，弹性连接件4连接在两个转轴203伸出基架1外的部分上。把弹性连接件4设置在基架1外侧而不是在安装腔内，无需在安装腔内设置容纳弹性连接件4的空间，从而基架1在厚度方向上的尺寸可以更小，基架1的重量更小且能够提高结构紧凑性。
本申请还提供了一种张角式二指夹钳激励方法，用于对前文张角式二指夹钳进行激励，包括步骤：
A1.往弹性体302的两块压电陶瓷片303输入相同的预设周期波电信号，以激发动力装置3的工作模态，从而实现两个手指202张开或闭合；预设周期波电信号从波谷到后一个波峰的时间与从波峰到后一个波谷的时间不同。
由于预设周期波电信号从波谷到后一个波峰的时间与从波峰到后一个波谷的时间不同，变化相对缓慢的过程（例如，从波谷到后一个波峰的时间比从波峰到后一个波谷的时间长，则波谷到后一个波峰过程为变化相对缓慢的过程，从波峰到波谷的过程为变化相对快速的过程）会使驱动足301以相对缓慢的速度朝一个方向移动从而通过摩擦力带动转盘201转动，变化相对快速的过程会使驱动足301以相对快速的速度反向移动从而转盘201在惯性力作用下保持原运动状态。
对于设置有两个弹性体302的情况，需要往两个弹性体302的压电陶瓷片303输入相互反相的预设周期波电信号（两个预设周期波电信号的波形关于时间轴对称），才能保证一个弹性体302收缩时另一个弹性体302伸长，从而可靠地使驱动足301在同一直线上往复振动。因此，步骤A1包括：
若动力装置3包括两个弹性体302，则往两个弹性体302的压电陶瓷片303输入相互反相的预设周期波电信号。
其中，工作模态包括第一工作模态和第二工作模态，两个工作模态的区别在于相对缓慢移动的方向相反，从而在第一工作模态和第二工作模态下，同一转盘201转动的方向相反，因此，第一工作模态和第二工作模态之一用于驱动两个手指202张开，另一个用于驱动两个手指202闭合。其中，通过把同一弹性体302的两块压电陶瓷片303的输入信号切换为反相信号即可实现第一工作模态和第二工作模态之间的切换。从而，步骤A1包括：
当需要切换两个手指202的开合状态时，把输入同一弹性体302的压电陶瓷片303的预设周期波电信号切换为反相信号（切换前后的输入信号的波形关于时间轴对称）。
其中，预设周期波电信号可以是图7和图8所示的锯齿波信号，这两个锯齿波信号为相互反相的信号；图7的锯齿波信号，其每个周期内，电压线性递增（即图中从波谷a到波峰b的过程是线性递增的过程），在相邻两个周期的交替时刻，电压从波峰值跳至波谷值（即图中在t2时刻电压值从波峰b跳至波谷c），对于这种锯齿波信号，从波谷到后一个波峰的时间为t2-t1，从波峰到后一个波谷的时间为0；图8的锯齿波信号，其每个周期内，电压线性递减（即图中从波峰d到波谷e的过程是线性递减的过程），在相邻两个周期的交替时刻，电压从波谷值跳至波峰值（即图中在t2时刻电压值从波谷e跳至波峰f），对于这种锯齿波信号，从波谷到后一个波峰的时间为0，从波峰到后一个波谷的时间为t2-t1。
参考图9，当把图7的锯齿波信号输入图9中左侧的弹性体302的两块压电陶瓷片303，并把图8所示的锯齿波信号输入图9中右侧的弹性体302的两块压电陶瓷片303时，在t1-t2的时间段内，左侧的弹性体302会相对缓慢地伸长，同时右侧的弹性体302会相对缓慢地收缩，从而使驱动足301朝右移动，通过摩擦力带动两个转盘201转动，实现两个手指202张开，并在到达t2时刻时，左侧的弹性体302相对快速地回缩且右侧的弹性体302相对快速地伸展，两个转盘201在惯性力作用下保持原运动状态，通过输入多个周期的信号，可实现两个手指202逐渐张开。
参考图10，当把图8的锯齿波信号输入图9中左侧的弹性体302的两块压电陶瓷片303，并把图7所示的锯齿波信号输入图9中右侧的弹性体302的两块压电陶瓷片303时，在t1-t2的时间段内，右侧的弹性体302会相对缓慢地伸长，同时左侧的弹性体302会相对缓慢地收缩，从而使驱动足301朝左移动，通过摩擦力带动两个转盘201转动，实现两个手指202闭合，并在到达t2时刻时，右侧的弹性体302相对快速地回缩且左侧的弹性体302相对快速地伸展，两个转盘201在惯性力作用下保持原运动状态，通过输入多个周期的信号，可实现两个手指202逐渐闭合。
实际上，预设周期波电信号不限于图7和图8所示的锯齿波信号，例如，可以把图7中的线性递增段替换为单调递增的曲线段，并把图8中的线性递减段替换为对应的单调递减的曲线段；还可以把图7中的波峰b和波谷c之间的线段替换为单调递减的线段（直线线段或曲线线段）且波谷a到波峰b之间的时间比波峰b到波谷c之间的时间长，并把图8中的波谷e到波峰f之间的线段替换为对应的单调递增的线段且波峰d到波谷e之间的时间比波谷e到波峰f之间的时间长。
需要说明的是，在工作模态下，每个周期输入信号能够驱动转盘201旋转的角度（以下称之为单周期转动量）是可以预先测得的，通过控制输入信号的周期数可以实现对手指202摆动角度的精确控制。因此，步骤A1包括：
获取手指202的目标摆动角度；
根据该目标摆动角度和单周期转动量计算输入信号的目标周期数量；
根据计算结果往压电陶瓷片303输入目标周期数量的预设周期波电信号。
优选地，预设周期波电信号的频率大于20kHz，从而使工作时产生的声音超出人耳的听觉范围，对于附近工作人员来说，工作时无噪音污染，且由于频率高，可实现手指202的快速开合，提高响应速度。进一步优选地，预设周期波电信号的频率大于40kHz。
综上所述，该张角式二指夹钳及其激励方法具有以下优点：
1.该张角式二指夹钳结构简单、体积小、重量轻、机构少（无减速机构、传动机构）、响应快、断电自锁且环境适应性好（夹钳本体结构简单，只由压电陶瓷及各种金属部件组成，环境变化对这些材质的性能影响较小，其能在强磁场、核辐射、高温、低温、干燥、湿润等环境下正常工作）；
2.由单个动力装置3驱动两个夹指2同步反向摆动，能量利用率高、传递效率高；
3.能够实现无反馈高精度定位；
4.把激励信号切换为反相信号即可实现张开和闭合状态的切换，控制方法简单。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种张角式二指夹钳，包括基架（1）、两个转动设置在所述基架（1）上的夹指（2）和用于驱动两个所述夹指（2）相互靠近或远离摆动的动力装置（3）；其特征在于，所述夹指（2）包括相互固定连接的转盘（201）和手指（202），所述转盘（201）与所述基架（1）转动连接；
所述动力装置（3）包括驱动足（301）和弹性体（302），所述驱动足（301）与所述弹性体（302）固定连接，所述弹性体（302）相对的两侧各设置有一块压电陶瓷片（303）且两块所述压电陶瓷片（303）同极相对设置，两个所述转盘（201）的圆周面分别压贴在所述驱动足（301）的两侧；所述动力装置（3）能够在同一所述弹性体（302）的两块所述压电陶瓷片（303）输入相同的预设周期波电信号时激发工作模态，在所述工作模态下，所述驱动足（301）沿两个所述转盘（201）的切线方向做快慢交替的往复振动，从而基于摩擦力和惯性力驱使两个所述转盘（201）朝单侧方向旋转，以实现两个所述手指（202）张开或闭合。
2.根据权利要求1所述的张角式二指夹钳，其特征在于，所述动力装置（3）包括一个所述弹性体（302）。
3.根据权利要求1所述的张角式二指夹钳，其特征在于，所述动力装置（3）包括两个所述弹性体（302），所述驱动足（301）的两端分别与两个所述弹性体（302）固定连接，每个弹性体（302）均设置有两块同极相对设置所述压电陶瓷片（303）。
4.根据权利要求3所述的张角式二指夹钳，其特征在于，两个所述弹性体（302）的所述压电陶瓷片（303）朝外的一侧的极性相同。
5.根据权利要求1所述的张角式二指夹钳，其特征在于，所述驱动足（301）设置有两个相互对称的驱动侧面（304），在所述工作模态下，所述驱动足（301）沿两个所述驱动侧面（304）的对称轴往复振动，两个所述转盘（201）的圆周面分别压贴在两个所述驱动侧面（304）上。
6.根据权利要求5所述的张角式二指夹钳，其特征在于，所述驱动侧面（304）为朝内凹的圆弧面。
7.根据权利要求1所述的张角式二指夹钳，其特征在于，所述弹性体（302）通过两个定位件（305）与所述基架（1）固定连接，两个所述定位件（305）设置在所述弹性体（302）的振动节点处。
8.根据权利要求1所述的张角式二指夹钳，其特征在于，还包括两个弹性连接件（4），所述转盘（201）上穿设有一根转轴（203），两个所述弹性连接件（4）分别连接在两根所述转轴（203）的两端之间，所述弹性连接件（4）用于提供拉力以使两个所述转盘（201）压紧在所述驱动足（301）上。
9.一种张角式二指夹钳激励方法，其特征在于，用于对权利要求1-8任一项所述张角式二指夹钳进行激励，包括步骤：
A1.往所述弹性体（302）的两块所述压电陶瓷片（303）输入相同的预设周期波电信号，以激发所述动力装置（3）的所述工作模态，从而实现两个所述手指（202）张开或闭合；所述预设周期波电信号从波谷到后一个波峰的时间与从波峰到后一个波谷的时间不同。
10.根据权利要求9所述的张角式二指夹钳激励方法，其特征在于，步骤A1包括：
若所述动力装置（3）包括两个所述弹性体（302），则往两个所述弹性体（302）的所述压电陶瓷片（303）输入相互反相的预设周期波电信号。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005261025A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータおよび移動装置ならびに移動装置の駆動方法 |
| CN203171640U (zh) * | 2013-04-11 | 2013-09-04 | 上海大学 | 直线超声电机直接驱动的机器人手指关节 |
| CN103317517A (zh) * | 2013-06-23 | 2013-09-25 | 四川海普工控技术有限公司 | 机械手的可拆卸防滑机构 |
| JP2016040984A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法 |
| CN107418894A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-01 | 南京航空航天大学 | 一种用于波浪式生物反应器压电驱动的摇动平台 |
| CN110601597A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-20 | 太原科技大学 | 一种双模态复合型尺蠖超声波电机 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005261025A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波モータおよび移動装置ならびに移動装置の駆動方法 |
| CN203171640U (zh) * | 2013-04-11 | 2013-09-04 | 上海大学 | 直线超声电机直接驱动的机器人手指关节 |
| CN103317517A (zh) * | 2013-06-23 | 2013-09-25 | 四川海普工控技术有限公司 | 机械手的可拆卸防滑机构 |
| JP2016040984A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置及びその駆動方法、ロボット及びその駆動方法 |
| CN107418894A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-12-01 | 南京航空航天大学 | 一种用于波浪式生物反应器压电驱动的摇动平台 |
| CN110601597A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-20 | 太原科技大学 | 一种双模态复合型尺蠖超声波电机 |
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