CN117155162A - 一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，属于精密驱动技术领域，包括基座、驱动机构A、驱动机构B和转子，驱动机构A包括定子A和驱动压电片，定子A包括连接端、驱动铰链、连接铰链和驱动端A，4个连接端分布于基座上端四角处，相邻的2个连接端之间分别通过驱动铰链连接，连接铰链的两端分别与相对的两个驱动铰链连接，连接铰链中间部分设有弧形凹槽，连接铰链中间还设置有驱动端A，驱动机构B包括定子B和驱动压电片组；定子B包括驱动端B和驱动铰链，驱动端B垂直设置在驱动铰链的上方，驱动铰链下端与基座固定连接；转子设置在连接铰链与定子B的驱动端B之间，转子始终与驱动端A和驱动端B摩擦接触。

Description

一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器

技术领域

本发明属于精密驱动技术领域，特别涉及一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器。

背景技术

精密驱动技术是现代高/尖端装备的关键技术。随着科学技术的快速发展，基于压电材料逆压电效应的压电执行器因其结构简单、高精度、快速响应、无磁场干扰等优点，在精密驱动技术领域引起了广泛关注。在诸多压电材料应用过程中，压电晶片由一片或两片压电陶瓷和一片弹性体（如金属片）粘接在一起构成，具有能耗低、控制带宽范围大、响应速度快等优点，已广泛应用在精密驱动技术领域。从输出形式方面来看，压电执行器分为单自由度压电执行器和多自由度压电执行器；现有的多自由度压电执行器已初步在医疗器械、机器人、航空航天等领域内应用，但现有的多自由度压电执行器多采用压电叠堆串联或并联的方式来满足多自由度要求，基于压电叠堆的压电执行器体积较大且结构复杂，此外压电叠堆无法承受负电压且成本较高，限制了多自由度压电执行器的广泛应用；除此之外，现有的多自由度压电执行器结构较为复杂且集成度不高，且难以满足现代高/尖端装备对压电执行器能够绕X轴、Y轴、Z轴三个垂直方向上输出三个转动自由度的迫切需求，这大大限制了压电执行器的应用范围；为了拓宽压电执行器的应用范围，发明一种结构简单且集成度高、各自由度转换灵活且控制方便、能够绕X轴、Y轴、Z轴三个垂直方向上输出三个转动自由度的压电执行器是十分有必要的。

发明内容

本发明针对现有压电执行器结构复杂且集成度低、体积大且成本高、难以满足能够绕X轴、Y轴、Z轴三个垂直方向输出三个转动自由度要求，限制压电执行器在更广范围应用这一问题，提出一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，该执行器结构简单且集成化程度高、各自由度转换灵活且控制方便、能够满足绕X轴、Y轴、Z轴三个垂直方向输出三个转动自由度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，包括基座、驱动机构A、驱动机构B和转子；

驱动机构A包括定子A、驱动压电片A、驱动压电片B、驱动压电片C和驱动压电片D；

定子A包括4个连接端、驱动铰链A、驱动铰链B、驱动铰链C、驱动铰链D、1个连接铰链和1个驱动端A；

连接端呈圆柱状结构，4个连接端分布于基座上端四角处，相邻的2个连接端之间分别通过驱动铰链A、驱动铰链B、驱动铰链C、驱动铰链D连接；

连接铰链的两端分别与驱动铰链A和驱动铰链C相垂直连接，连接铰链中间部分设有弧形凹槽，连接铰链中间还设置有驱动端A；

驱动铰链B通过内侧设置的固定端A与基座固定连接，驱动铰链D通过内侧设置的固定端B与基座固定连接；

驱动铰链A、驱动铰链B、驱动铰链C、驱动铰链D上均连接有驱动压电片；

驱动机构B包括定子B、驱动压电片组E、驱动压电片组F、驱动压电片组G和驱动压电片组H；

定子B包括驱动端B、驱动铰链E、驱动铰链F、驱动铰链G和驱动铰链H；

驱动端B垂直设置在驱动铰链E、驱动铰链F、驱动铰链G和驱动铰链H的上方，驱动端B中间设置一圆形通孔；

驱动铰链E、驱动铰链F、驱动铰链G、驱动铰链H分别设置在基座四角处，其下端与基座固定连接；

驱动铰链E、驱动铰链F、驱动铰链G和驱动铰链H在宽度方向上沿着基座的对角线设置，驱动铰链E、驱动铰链G位于一条对角线上，驱动铰链F、驱动铰链H位于另一条对角线上；驱动铰链E与驱动铰链F之间的夹角为90度，驱动铰链G与驱动铰链H之间的夹角为90度；

转子为球形结构，转子设置在连接铰链与定子B的驱动端B之间，转子始终与驱动端A和驱动端B摩擦接触。

优选的，还包括有预紧机构，驱动端A中间设置有圆形孔，基座中间设有圆形通孔，预紧机构连接在基座上，预紧机构上端贯穿基座中间的圆形通孔和驱动端A中间的圆形孔后与转子接触。

优选的，驱动压电片A通过环氧树脂粘贴在驱动铰链A的外侧，驱动压电片B通过环氧树脂粘贴在驱动铰链B的外侧，驱动压电片C通过环氧树脂粘贴在驱动铰链C的外侧，驱动压电片D通过环氧树脂粘贴在驱动铰链D的外侧；驱动压电片A与驱动压电片C平行布置，驱动压电片B与驱动压电片D平行布置。

优选的，驱动压电片组E、驱动压电片组F、驱动压电片组G、驱动压电片组H分别通过环氧树脂贴合在驱动铰链E、驱动铰链F、驱动铰链G和驱动铰链H的两侧。

优选的，所述定子A由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢；所述驱动端B由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢。

优选的，驱动压电片A、驱动压电片B、驱动压电片C、驱动压电片D、驱动压电片组E、驱动压电片组F、驱动压电片组G、驱动压电片组H驱动信号为锯齿波。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

四个驱动压电片贴合在定子A的4个驱动铰链外侧从而形成4个压电单晶片，4个压电单晶片在异向锯齿波激励之下弯曲变形，带动连接铰链实现直线位移输出，通过连接铰链之上的驱动端A将直线位移输出转化为转子绕X轴、Y轴大行程的步进转动角位移输出；四组驱动压电片组贴合在定子B的4个驱动铰链两侧从而形成4个压电双晶片，利用四个压电双晶片在异向锯齿波激励之下的弯曲变形，实现驱动端B的转动角位移输出，进而带动转子实现绕Z轴的大行程转动角位移输出；该压电执行器体积小且成本低廉、结构简单且集成度高，各自由度转换灵活且控制方便，并能够实现绕X、Y、Z轴三个垂直方向的转动自由度输出；

本发明以压电晶片（压电单晶片和压电双晶片）为驱动元件，具有结构简单且集成化高、能耗低、精度高、响应速度快等优势；

本发明在航空航天、光学仪器、医疗器械、精密与超精密加工、微型机器人等技术领域具有良好的应用前景，三自由度的旋转运动输出进一步扩宽了压电晶片在压电驱动领域内的应用，并为压电执行器的广泛使用打下了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为贴设有驱动压电片的定子A立体结构示意图；

图3为贴设有驱动压电片的定子A俯视图；

图4为贴设有驱动压电片组的定子B连接在基座上立体结构示意图；

图5为本发明的驱动信号波形图；

图6为本发明绕X轴输出转动自由度的示意图；

图7为本发明绕Y轴输出转动自由度的示意图；

图8为驱动机构B的4个驱动压电片组弯曲变形进而带动驱动端B转动的示意图；

图9为本发明绕Z轴输出转动自由度的示意图。

图中：1、转子；2、驱动铰链A；3、连接铰链；4、驱动端A；5、连接端；6、驱动铰链B；7、驱动压电片B；8、驱动铰链C；9、驱动压电片C；10、驱动铰链D；11、预紧机构；12、驱动压电片A；13、固定端A；14、驱动压电片D；15、固定端B；16、驱动端B；17、驱动铰链E；18、驱动压电片组E；19、驱动压电片组F；20、驱动铰链F；21、基座；22、驱动铰链G；23、驱动压电片组G；24、驱动压电片组H；25、驱动铰链H。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本说明，并不用于限定本发明。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置关系基于所给附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指是装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图4，一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，包括基座21、驱动机构和转子1；

驱动机构包括驱动机构A和驱动机构B；

驱动机构A包括定子A和驱动压电片A12、驱动压电片B7、驱动压电片C9和驱动压电片D14；

定子A包括4个连接端5、驱动铰链A2、驱动铰链B6、驱动铰链C8、驱动铰链D10、1个连接铰链3和1个驱动端A4；

连接端5呈圆柱状结构，4个连接端5分布于基座21上端四角处，相邻的2个连接端5之间分别通过驱动铰链A2、驱动铰链B6、驱动铰链C8、驱动铰链D10连接；

连接铰链3的两端分别与驱动铰链A2和驱动铰链C8相垂直连接，连接铰链3中间部分加厚并设有弧形凹槽，连接铰链3中间还设置有驱动端A4，驱动端A4始终与转子1摩擦接触，驱动端A4整体呈圆柱状并高于连接铰链3最低处，这样做的目的是让转子1仅与驱动端A4摩擦接触，防止转子1与连接铰链3其余部分产生运动干涉，从而提高驱动的精准度；驱动端A4中间还设置有圆形孔，用于通过预紧机构11，该圆形孔与基座21中间的圆形通孔相通，基座21中间的圆形通孔半径大于驱动端A4中间的圆形孔的半径；

驱动铰链B6通过内侧设置的固定端A13与基座21固定连接，驱动铰链D10通过内侧设置的固定端B15与基座21固定连接，定子A除固定端A13、固定端B15处与基座21接触外，其余部分与基座21之间存在一定的间隙，这样做的目的是防止定子A与基座21产生运动干涉，从而提高驱动的精准度；

驱动铰链A2、驱动铰链B6、驱动铰链C8、驱动铰链D10上均连接有驱动压电片；

驱动机构B包括定子B和驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23和驱动压电片组H24；

定子B包括驱动端B16和驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22和驱动铰链H25；

驱动端B16垂直设置在驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22和驱动铰链H25的上方，驱动端B16中间设置一圆形通孔；

驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22、驱动铰链H25分别设置在基座21四角处，其下端与基座21固定连接；

驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22和驱动铰链H25在宽度方向上沿着基座21的对角线设置，驱动铰链E17、驱动铰链G22位于一条对角线上，驱动铰链F20、驱动铰链H25位于另一条对角线上；驱动铰链E17与驱动铰链F20之间的夹角为90度，驱动铰链G22与驱动铰链H25之间的夹角为90度；

转子1为球形结构，转子1设置在连接铰链3与定子B的驱动端B16之间，转子1始终与驱动端A4和驱动端B16摩擦接触。

更进一步而言，还包括有预紧机构11，预紧机构11连接在基座21上，预紧机构11上端贯穿基座21中间的圆形通孔和驱动端A4中间的圆形孔后与转子1接触，预紧机构11为转子1提供预紧力，保证转子1绕轴（此处轴指X轴、Y轴或Z轴）转动的同时提供一定的预紧摩擦力；预紧机构11可以为预紧螺栓，也可以为其他机构，由于预紧机构为现有技术，此处不再过多赘述。

更进一步而言，驱动压电片包括驱动压电片A12、驱动压电片B7、驱动压电片C9和驱动压电片D14，驱动压电片A12、驱动压电片B7、驱动压电片C9和驱动压电片D14均为一片大小、形状等完全相同的压电陶瓷片；驱动压电片A12通过环氧树脂粘贴在驱动铰链A2的外侧，驱动压电片B7通过环氧树脂粘贴在驱动铰链B6的外侧，驱动压电片C9通过环氧树脂粘贴在驱动铰链C8的外侧，驱动压电片D14通过环氧树脂粘贴在驱动铰链D10的外侧；驱动压电片A12与驱动压电片C9平行布置，驱动压电片B7与驱动压电片D14平行布置。

更进一步而言，驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24均含有两片形状、大小等完全相同的压电陶瓷片（驱动压电片组F19、驱动压电片组H24由于附图4放置角度问题，压电陶瓷片仅显示出一片），驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24分别通过环氧树脂贴合在驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22、驱动铰链H25的两侧。

更进一步而言，所述定子A（包括4个连接端、4个驱动铰链、1个连接铰链3以及驱动端A4）由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢；所述驱动端B16整体由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢。

更进一步而言，驱动压电片A12、驱动压电片B7、驱动压电片C9、驱动压电片D14、驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24驱动信号为锯齿波；当然，也可以是其他具有平滑上升又陡然下降的其他有规律的电压信号。

本发明提出的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，四个驱动压电片贴合在定子A的4个驱动铰链外侧从而形成4个压电单晶片，4个压电单晶片在异向锯齿波的驱动电压之下弯曲变形，带动连接铰链3实现直线位移输出，通过连接铰链3之上的驱动端A4将直线位移输出转化为转子1绕X轴、Y轴大行程的步进旋转角位移输出；四组驱动压电片组贴合在定子B的4个驱动铰链两侧从而形成4个压电双晶片，利用四个压电双晶片在异向锯齿波的驱动电压之下的弯曲变形，实现驱动端B的旋转位移输出，进而带动转子1实现绕Z轴的大行程旋转角位移输出；该压电执行器体积小成本低廉、结构简单且集成度高，各自由度转换灵活且控制方便，并能够实现绕X轴、Y轴、Z轴三个方向的转动自由度输出；本发明以压电晶片（压电单晶片和压电双晶片）为驱动元件，具有结构简单且集成化高、能耗低、精度高、响应速度快等优势；在航空航天、光学仪器、医疗器械、精密与超精密加工、微型机器人等技术领域具有良好的应用前景，三自由度的旋转运动输出进一步扩宽了压电晶片在压电驱动领域内的应用，并为压电执行器的广泛使用打下了基础。

接下来对一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器的工作过程进行详细地说明。

参见图5，驱动机构A中的驱动压电片A12、驱动压电片B7、驱动压电片C9和驱动压电片D14；驱动机构B中的驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24的驱动信号均采用锯齿波信号。

本发明的具体工作过程如下：

一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器绕X轴顺时针的旋转运动输出的实现：

参见图1至图6：

阶段（0），所有激励信号均为0，此时各驱动压电片无输出，执行器处于原始状态；驱动端A4、驱动端B16始终与转子1摩擦接触；

阶段（1），对驱动压电片A12、驱动压电片C9施加如图5所示的异向锯齿波电压信号时，驱动压电片A12、驱动压电片C9的初始电压为0，此时执行器无任何输出；当驱动压电片A12的电压缓慢增加至U时，驱动压电片C9的电压缓慢降低至-U的过程中，在逆压电效应的作用下，驱动压电片A12带动与之粘结的驱动铰链A2产生朝Y轴正方向的弯曲变形，驱动压电片C9带动与之粘结的驱动铰链C8也产生朝Y轴正方向的弯曲变形；驱动压电片A12、驱动压电片C9的弯曲变形使驱动铰链A2、驱动铰链C8之间的连接铰链3沿Y轴正方向输出直线位移L1；由于位于连接铰链3之上的驱动端A4与转子1始终摩擦接触，在驱动端A4沿Y轴正方向平移过程中，在摩擦力的作用下，转子1绕X轴顺时针输出旋转角位移α1；

阶段（2），当驱动压电片A12的电压从U快速降低至0时、驱动压电片C9的电压从-U快速增加至0的过程中，驱动压电片A12以及与之粘结的驱动铰链A2、驱动压电片C9以及与之粘结的驱动铰链C8快速恢复初始状态，同时，连接铰链3也会快速恢复初始状态，在摩擦力和惯性的双重作用下，转子1回退微小角位移α2，且α1＞α2。

这样，执行器就完成了一个工作循环，整体绕X轴顺时针输出α1-α2角位移，即执行器绕X轴角位移输出精度为α1-α2；不断执行该过程，执行器就会绕X轴顺时针实现大行程的步进角位移输出。

通过给驱动压电片A12、驱动压电片C9施加反向锯齿波驱动信号，执行器可以实现绕X轴逆时针大行程的步进旋转角位移输出。

一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器绕Y轴顺时针旋转运动输出的实现：

参见图1至图5、图7：

阶段（0），所有激励信号均为0，此时各驱动压电片无输出，执行器处于原始状态；驱动端A4、驱动端B16始终与转子1摩擦接触；

阶段（1），对驱动压电片B7、驱动压电片D14施加如图5所示的异向锯齿波电压信号时，驱动压电片B7、驱动压电片D14的初始电压为0，此时执行器无任何输出；当驱动压电片B7的电压缓慢降低至-U、驱动压电片D14的电压缓慢增加至U的过程中，在逆压电效应的作用下，驱动压电片B7带动与之粘结的驱动铰链B6产生朝X轴正方向的弯曲变形，驱动压电片D14带动与之粘结的驱动铰链D10也产生朝X轴正方向的弯曲变形；由于定子A整体一体化成型，除固定端A13、固定端B15与基座21固定接触外，其余部分与基座21存在一定的间隙，驱动压电片B7和驱动压电片D14朝X轴正方向的弯曲变形会引起驱动铰链A2、驱动铰链C8带动二者之间的连接铰链3（包括其上的驱动端A4）沿X轴负方向产生一定的直线位移L2；由于驱动端A4始终与转子1摩擦接触，在驱动端A4沿X轴负方向平移过程中，转子1在摩擦力的作用下绕Y轴顺时针输出旋转角位移β1；

阶段（2），当驱动压电片B7的电压从-U快速升高至0、驱动压电片D14的电压从U快速降低至0的过程中，驱动压电片B7以及与之粘结的驱动铰链B6和驱动压电片D14以及与之粘结的驱动铰链D10快速恢复初始状态，驱动铰链A2、驱动铰链C8以及二者之间的连接铰链3（包括其上的驱动端A4）也会快速恢复初始状态，在摩擦力和惯性的双重作用下，转子1回退微小角位移β2，且β1＞β2。

这样，执行器就完成了一个工作循环，绕Y轴顺时针输出的角位移为β1-β2，即执行器绕Y轴角位移输出精度为β1-β2；不断执行该过程，执行器就会绕Y轴顺时针实现大行程的步进角位移输出。

通过给驱动压电片B7、驱动压电片D14施加反向锯齿波驱动信号，执行器可以实现绕Y轴逆时针大行程的步进旋转角位移输出。

一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器绕Z轴逆时针旋转运动输出的实现：

参见图1至图5、图8、图9：

阶段（0），所有激励信号均为0，此时各驱动压电片无输出，执行器处于原始状态；驱动端A4、驱动端B16始终与转子1摩擦接触；

阶段（1），对驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24同时施加异向锯齿波信号，驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24的初始电压为0，此时执行器无位移输出；此处，由于驱动压电片组E18、驱动压电片组F19、驱动压电片组G23、驱动压电片组H24的构成、作用等完全相同，为了便于说明，此处以驱动压电片组E18、驱动压电片组G23为例进行详细说明：如图5、图8所示，在驱动压电片组E18右侧的压电陶瓷片的电压从0缓慢增加至U、驱动压电片组E18左侧的压电陶瓷片的电压从0缓慢降低至-U的过程中，在逆压电效应的作用下，驱动压电片组E18带动与之连接的驱动铰链E17产生如图8中右图所示的弯曲变形；在驱动压电片组G23左侧的压电陶瓷片的电压从0缓慢增加至U、驱动压电片组G23右侧的压电陶瓷片的电压从0缓慢降低至-U的过程中，在逆压电效应的作用下，驱动压电片组G23带动与之连接驱动铰链G22产生如图8中右图所示的弯曲变形；驱动压电片组E18、驱动压电片组G23带动各自所在的驱动铰链的弯曲变形促使驱动端B16绕Z轴逆时针转动；同理，驱动压电片组F19、驱动压电片组H24带动各自所在的驱动铰链亦产生促使驱动端B16绕Z轴逆时针转动的弯曲变形；在驱动压电片组E18、驱动压电片组G23、驱动压电片组F19、驱动压电片组H24的协同作用下，驱动端B16绕Z轴逆时针缓慢转动；转子1又与驱动端B16通过其上的圆形通孔摩擦接触，在驱动端B16绕Z轴逆时针缓慢转动的同时，在摩擦力的作用下，转子1绕Z轴逆时针实现转动角位移输出，其输出角位移为γ1。

阶段（2），当驱动电压从U快速降到0和从-U快速升到0的过程中，驱动压电片组E18带动驱动铰链E17、驱动压电片组F19带动驱动铰链F20、驱动压电片组G23带动驱动铰链G22、驱动压电片组H24带动驱动铰链H25快速恢复初始状态，由于驱动端B16与驱动铰链E17、驱动铰链F20、驱动铰链G22、驱动铰链H25相互固定连接，故驱动端B16也会快速恢复初始状态，在摩擦力和惯性的双重作用下，转子1回转微小角位移γ2且γ1＞γ2。

这样，执行器就完成了一个工作循环，输出的角位移为γ1-γ2，即执行器绕Z轴角位移输出精度为γ1-γ2。不断执行该过程，执行器就会绕Z轴逆时针实现大行程的步进旋转角位移输出。

通过对施加反向的锯齿波驱动信号，执行器就会绕Z轴顺时针输出大行程的步进旋转角位移输出。

最后应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：包括基座（21）、驱动机构A、驱动机构B和转子（1）；

驱动机构A包括定子A、驱动压电片A（12）、驱动压电片B（7）、驱动压电片C（9）和驱动压电片D（14）；

定子A包括4个连接端（5）、驱动铰链A（2）、驱动铰链B（6）、驱动铰链C（8）、驱动铰链D（10）、1个连接铰链（3）和1个驱动端A（4）；

连接端（5）呈圆柱状结构，4个连接端（5）分布于基座（21）上端四角处，相邻的2个连接端（5）之间分别通过驱动铰链A（2）、驱动铰链B（6）、驱动铰链C（8）、驱动铰链D（10）连接；

连接铰链（3）的两端分别与驱动铰链A（2）和驱动铰链C（8）相垂直连接，连接铰链（3）中间部分设有弧形凹槽，连接铰链（3）中间还设置有驱动端A（4）；

驱动铰链B（6）通过内侧设置的固定端A（13）与基座（21）固定连接，驱动铰链D（10）通过内侧设置的固定端B（15）与基座（21）固定连接；

驱动铰链A（2）、驱动铰链B（6）、驱动铰链C（8）、驱动铰链D（10）上均连接有驱动压电片；

驱动机构B包括定子B、驱动压电片组E（18）、驱动压电片组F（19）、驱动压电片组G（23）和驱动压电片组H（24）；

定子B包括驱动端B（16）、驱动铰链E（17）、驱动铰链F（20）、驱动铰链G（22）和驱动铰链H（25）；

驱动端B（16）垂直设置在驱动铰链E（17）、驱动铰链F（20）、驱动铰链G（22）和驱动铰链H（25）的上方，驱动端B（16）中间设置一圆形通孔；

驱动铰链E（17）、驱动铰链F（20）、驱动铰链G（22）、驱动铰链H（25）分别设置在基座（21）四角处，其下端与基座（21）固定连接；

驱动铰链E（17）、驱动铰链F（20）、驱动铰链G（22）和驱动铰链H（25）在宽度方向上沿着基座（21）的对角线设置，驱动铰链E（17）、驱动铰链G（22）位于一条对角线上，驱动铰链F（20）、驱动铰链H（25）位于另一条对角线上；驱动铰链E（17）与驱动铰链F（20）之间的夹角为90度，驱动铰链G（22）与驱动铰链H（25）之间的夹角为90度；

转子（1）为球形结构，转子（1）设置在连接铰链（3）与定子B的驱动端B（16）之间，转子（1）始终与驱动端A（4）和驱动端B（16）摩擦接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：还包括有预紧机构（11），驱动端A（4）中间设置有圆形孔，基座（21）中间设有圆形通孔，预紧机构（11）连接在基座（21）上，预紧机构（11）上端贯穿基座（21）中间的圆形通孔和驱动端A（4）中间的圆形孔后与转子（1）接触。

3.根据权利要求2所述的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：驱动压电片A（12）通过环氧树脂粘贴在驱动铰链A（2）的外侧，驱动压电片B（7）通过环氧树脂粘贴在驱动铰链B（6）的外侧，驱动压电片C（9）通过环氧树脂粘贴在驱动铰链C（8）的外侧，驱动压电片D（14）通过环氧树脂粘贴在驱动铰链D（10）的外侧；驱动压电片A（12）与驱动压电片C（9）平行布置，驱动压电片B（7）与驱动压电片D（14）平行布置。

4.根据权利要求3所述的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：驱动压电片组E（18）、驱动压电片组F（19）、驱动压电片组G（23）、驱动压电片组H（24）分别通过环氧树脂贴合在驱动铰链E（17）、驱动铰链F（20）、驱动铰链G（22）和驱动铰链H（25）的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：所述定子A由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢；所述驱动端B（16）由一整块弹性金属材料整体加工而成，弹性金属材料选择经过淬火处理后的65Mn弹簧钢。

6.根据权利要求5所述的一种基于惯性原理的三转动自由度压电执行器，其特征在于：驱动压电片A（12）、驱动压电片B（7）、驱动压电片C（9）、驱动压电片D（14）、驱动压电片组E（18）、驱动压电片组F（19）、驱动压电片组G（23）、驱动压电片组H（24）驱动信号为锯齿波。