基于夹心式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于夹心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夹心式框架作动器；夹心式框架作动器包含四个T形梁、四个连接螺栓、四个压电元件组、四个驱动足和预紧机构；预紧机构包含两个固定梁、四个固定螺栓、四个隔振垫圈、两个预紧螺栓、两个预紧螺帽、两个弹簧、连接轴和两个被动轮；夹心式框架作动器套在轨道上，四个驱动足和轨道的上端面相抵，两个被动轮和轨道的下端面相抵。本发明专利技术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。

Rail transit system based on sandwich frame actuator and its working method

【技术实现步骤摘要】
基于夹心式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法
本专利技术涉及压电驱动技术和运载机器人
，尤其涉及一种基于夹心式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供基于夹心式框架作动器的轨道运载系统及其工作方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：基于夹心式框架作动器的轨道运载系统，包含轨道和若干夹心式框架作动器；所述夹心式框架作动器包含第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组、第一至第四驱动足和预紧机构；所述第一至第四T形梁均包含第一支梁和第二支梁，其中，第一支梁、第二支梁均为长方体，第二支梁的一端和所述第一支梁的中点垂直固连；所述第一、第三T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有螺纹孔，第一、第三T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有螺纹孔；所述第一至第四压电元件组均包含2x个中心设有通孔的矩形压电元件，x为大于等于1的整数；所述第一连接螺栓和第一T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第一T形梁第二支梁的通孔、第一压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第四T形梁第二支梁一端的螺纹孔相连，将第一压电元件组固定在第一T形梁的第二支梁、第四T形梁的第二支梁之间；所述第二连接螺栓和第二T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第二T形梁第一支梁的通孔、第二压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第一T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第二压电元件组固定在第二T形梁的第一支梁、第一T形梁的第一支梁之间；所述第三连接螺栓和第三T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第三T形梁第二支梁的通孔、第三压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第二T形梁第二支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第三压电元件组固定在第三T形梁的第二支梁、第二T形梁的第二支梁之间；所述第四连接螺栓和第四T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第四T形梁第一支梁的通孔、第四压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第三T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第四压电元件组固定在第四T形梁的第一支梁、第三T形梁的第一支梁之间；所述第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组形成框架，其中，第一T形梁的第一支梁、第二压电元件组、第二T形梁的第一支梁、第二连接螺栓形成第一横梁；第二T形梁的第二支梁、第三压电元件组、第三T形梁的第二支梁、第三连接螺栓形成第一竖梁；第三T形梁的第一支梁、第四压电元件组、第四T形梁的第一支梁、第四连接螺栓形成第二横梁；第四T形梁的第二支梁、第一压电元件组、第一T形梁的第二支梁、第一连接螺栓形成第二竖梁；所述第一至第四驱动足均设置在所述框架底端面上，分别和第一T形梁第一支梁靠近第二T形梁第一支梁的一端、第二T形梁第一支梁靠近第一T形梁第一支梁的一端、第三T形梁第一支梁靠近第四T形梁第一支梁的一端、第四T形梁第一支梁靠近第三T形梁第一支梁的一端固连；所述第一竖梁、第二竖梁上在其外侧均对称设有两个平行于框架底端面且在其振动节点位置上的螺纹孔；所述预紧机构包含第一至第二固定梁、第一至第四固定螺栓、第一至第四隔振垫圈、第一至第二预紧螺栓、第一至第二预紧螺帽、第一至第二弹簧、连接轴、第一被动轮和第二被动轮；所述第一至第四隔振垫圈均呈圆环状；所述第一固定梁对应于第一竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第一固定螺栓依次穿过第一固定梁的一个固定通孔、第一隔振垫圈后和第一竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第二固定螺栓依次穿过第一固定梁的另一个固定通孔、第二隔振垫圈后和第一竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第一固定梁固定在第一竖梁上；所述第二固定梁对应于第二竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第三固定螺栓依次穿过第二固定梁的一个固定通孔、第三隔振垫圈后和第二竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第四固定螺栓依次穿过第二固定梁的另一个固定通孔、第四隔振垫圈后和第二竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第二固定梁固定在第二竖梁上；所述连接轴包含依次相连的第一固定部、连接部和第二固定板，其中，第一固定部和第二固定部均为矩形板、平行于所述框架底端面，且第一固定部、第二固定部的中心均设有通孔；连接部为圆柱状；所述第一固定梁、第二固定梁的中点处均设有垂直于框架底端面的调节通孔；所述第一预紧螺栓依次穿过第一固定梁上的调节通孔、连接轴第一固定部上的通孔后和所述第一预紧螺帽螺纹相连；所述第一弹簧套在第一预紧螺栓上，两端分别和第一固定梁、连接轴第一固定部相抵；所述第二预紧螺栓依次穿过第二固定梁上的调节通孔、连接轴第二固定部上的通孔后和所述第二预紧螺帽螺纹相连；所述第二弹簧套在第二预紧螺栓上，两端分别和第二固定梁、连接轴第二固定部相抵；所述第一被动轮、第二被动轮中心均设有通孔，分别通过轴承设置在连接轴连接部的两端；所述夹心式框架作动器套在所述轨道上，第一至第四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。本专利技术还公开了一种该基于夹心式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一至第四驱动足呈半圆柱状，包含一个弧面侧壁、一个矩形侧壁和两个端面，其中，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。本专利技术还公开了一种该基于夹心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，使得第一至第四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。本专利技术还公开了一种该基于夹心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。本专利技术还公开了一种该基于夹心式框架作动器的轨道运载系统进一步的优化方案，所述第一至第四压电元件组中的矩形压电元件均采用二分区压电元件，沿厚度方向极化，每片压电元件两个分区极化方向相反，且相邻两片压电元件极化方向相反；所述第一、第三压电元件组中的矩形压电元件沿框架厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于夹心式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，包含轨道和若干夹心式框架作动器；/n所述夹心式框架作动器包含第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组、第一至第四驱动足和预紧机构；/n所述第一至第四T形梁均包含第一支梁和第二支梁，其中，第一支梁、第二支梁均为长方体，第二支梁的一端和所述第一支梁的中点垂直固连；所述第一、第三T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有螺纹孔，第一、第三T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有螺纹孔；/n所述第一至第四压电元件组均包含2x个中心设有通孔的矩形压电元件，x为大于等于1的整数；/n所述第一连接螺栓和第一T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第一T形梁第二支梁的通孔、第一压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第四T形梁第二支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第一压电元件组固定在第一T形梁的第二支梁、第四T形梁的第二支梁之间；/n所述第二连接螺栓和第二T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第二T形梁第一支梁的通孔、第二压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第一T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第二压电元件组固定在第二T形梁的第一支梁、第一T形梁的第一支梁之间；/n所述第三连接螺栓和第三T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第三T形梁第二支梁的通孔、第三压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第二T形梁第二支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第三压电元件组固定在第三T形梁的第二支梁、第二T形梁的第二支梁之间；/n所述第四连接螺栓和第四T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第四T形梁第一支梁的通孔、第四压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第三T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第四压电元件组固定在第四T形梁的第一支梁、第三T形梁的第一支梁之间；/n所述第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组形成框架，其中，第一T形梁的第一支梁、第二压电元件组、第二T形梁的第一支梁、第二连接螺栓形成第一横梁；第二T形梁的第二支梁、第三压电元件组、第三T形梁的第二支梁、第三连接螺栓形成第一竖梁；第三T形梁的第一支梁、第四压电元件组、第四T形梁的第一支梁、第四连接螺栓形成第二横梁；第四T形梁的第二支梁、第一压电元件组、第一T形梁的第二支梁、第一连接螺栓形成第二竖梁；/n所述第一至第四驱动足均设置在所述框架底端面上，分别和第一T形梁第一支梁靠近第二T形梁第一支梁的一端、第二T形梁第一支梁靠近第一T形梁第一支梁的一端、第三T形梁第一支梁靠近第四T形梁第一支梁的一端、第四T形梁第一支梁靠近第三T形梁第一支梁的一端固连；/n所述第一竖梁、第二竖梁上在其外侧均对称设有两个平行于框架底端面且在其振动节点位置上的螺纹孔；/n所述预紧机构包含第一至第二固定梁、第一至第四固定螺栓、第一至第四隔振垫圈、第一至第二预紧螺栓、第一至第二预紧螺帽、第一至第二弹簧、连接轴、第一被动轮和第二被动轮；/n所述第一至第四隔振垫圈均呈圆环状；/n所述第一固定梁对应于第一竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第一固定螺栓依次穿过第一固定梁的一个固定通孔、第一隔振垫圈后和第一竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第二固定螺栓依次穿过第一固定梁的另一个固定通孔、第二隔振垫圈后和第一竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第一固定梁固定在第一竖梁上；/n所述第二固定梁对应于第二竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第三固定螺栓依次穿过第二固定梁的一个固定通孔、第三隔振垫圈后和第二竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第四固定螺栓依次穿过第二固定梁的另一个固定通孔、第四隔振垫圈后和第二竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第二固定梁固定在第二竖梁上；/n所述连接轴包含依次相连的第一固定部、连接部和第二固定板，其中，第一固定部和第二固定部均为矩形板、平行于所述框架底端面，且第一固定部、第二固定部的中心均设有通孔；连接部为圆柱状；/n所述第一固定梁、第二固定梁的中点处均设有垂直于框架底端面的调节通孔；/n所述第一预紧螺栓依次穿过第一固定梁上的调节通孔、连接轴第一固定部上的通孔后和所述第一预紧螺帽螺纹相连；所述第一弹簧套在第一预紧螺栓上，两端分别和第一固定梁、连接轴第一固定部相抵；/n所述第二预紧螺栓依次穿过第二固定梁上的调节通孔、连接轴第二固定部上的通孔后和所述第二预紧螺帽螺纹相连；所述第二弹簧套在第二预紧螺栓上，两端分别和第二固定梁、连接轴第二固定部相抵；/n所述第一被动轮、第二被动轮中心均设有通孔，分别通过轴承设置在连接轴连接部的两端；/n所述夹心式框架作动器套在所述轨道上，第一至第四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。/n...

【技术特征摘要】
1.基于夹心式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，包含轨道和若干夹心式框架作动器；
所述夹心式框架作动器包含第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组、第一至第四驱动足和预紧机构；
所述第一至第四T形梁均包含第一支梁和第二支梁，其中，第一支梁、第二支梁均为长方体，第二支梁的一端和所述第一支梁的中点垂直固连；所述第一、第三T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有螺纹孔，第一、第三T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第一支梁沿其轴线方向设有通孔，第二、第四T形梁的第二支梁沿其轴线方向设有螺纹孔；
所述第一至第四压电元件组均包含2x个中心设有通孔的矩形压电元件，x为大于等于1的整数；
所述第一连接螺栓和第一T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第一T形梁第二支梁的通孔、第一压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第四T形梁第二支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第一压电元件组固定在第一T形梁的第二支梁、第四T形梁的第二支梁之间；
所述第二连接螺栓和第二T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第二T形梁第一支梁的通孔、第二压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第一T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第二压电元件组固定在第二T形梁的第一支梁、第一T形梁的第一支梁之间；
所述第三连接螺栓和第三T形梁第二支梁的通孔相连且依次穿过第三T形梁第二支梁的通孔、第三压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第二T形梁第二支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第三压电元件组固定在第三T形梁的第二支梁、第二T形梁的第二支梁之间；
所述第四连接螺栓和第四T形梁第一支梁的通孔相连且依次穿过第四T形梁第一支梁的通孔、第四压电元件组中各个矩形压电元件中心的通孔后和所述第三T形梁第一支梁一端的螺纹孔螺纹相连，将第四压电元件组固定在第四T形梁的第一支梁、第三T形梁的第一支梁之间；
所述第一至第四T形梁、第一至第四连接螺栓、第一至第四压电元件组形成框架，其中，第一T形梁的第一支梁、第二压电元件组、第二T形梁的第一支梁、第二连接螺栓形成第一横梁；第二T形梁的第二支梁、第三压电元件组、第三T形梁的第二支梁、第三连接螺栓形成第一竖梁；第三T形梁的第一支梁、第四压电元件组、第四T形梁的第一支梁、第四连接螺栓形成第二横梁；第四T形梁的第二支梁、第一压电元件组、第一T形梁的第二支梁、第一连接螺栓形成第二竖梁；
所述第一至第四驱动足均设置在所述框架底端面上，分别和第一T形梁第一支梁靠近第二T形梁第一支梁的一端、第二T形梁第一支梁靠近第一T形梁第一支梁的一端、第三T形梁第一支梁靠近第四T形梁第一支梁的一端、第四T形梁第一支梁靠近第三T形梁第一支梁的一端固连；
所述第一竖梁、第二竖梁上在其外侧均对称设有两个平行于框架底端面且在其振动节点位置上的螺纹孔；
所述预紧机构包含第一至第二固定梁、第一至第四固定螺栓、第一至第四隔振垫圈、第一至第二预紧螺栓、第一至第二预紧螺帽、第一至第二弹簧、连接轴、第一被动轮和第二被动轮；
所述第一至第四隔振垫圈均呈圆环状；
所述第一固定梁对应于第一竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第一固定螺栓依次穿过第一固定梁的一个固定通孔、第一隔振垫圈后和第一竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第二固定螺栓依次穿过第一固定梁的另一个固定通孔、第二隔振垫圈后和第一竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第一固定梁固定在第一竖梁上；
所述第二固定梁对应于第二竖梁上的两个螺纹孔设有两个固定通孔；所述第三固定螺栓依次穿过第二固定梁的一个固定通孔、第三隔振垫圈后和第二竖梁上的一个螺纹孔螺纹相连，第四固定螺栓依次穿过第二固定梁的另一个固定通孔、第四隔振垫圈后和第二竖梁上的另一个螺纹孔螺纹相连，将第二固定梁固定在第二竖梁上；
所述连接轴包含依次相连的第一固定部、连接部和第二固定板，其中，第一固定部和第二固定部均为矩形板、平行于所述框架底端面，且第一固定部、第二固定部的中心均设有通孔；连接部为圆柱状；
所述第一固定梁、第二固定梁的中点处均设有垂直于框架底端面的调节通孔；
所述第一预紧螺栓依次穿过第一固定梁上的调节通孔、连接轴第一固定部上的通孔后和所述第一预紧螺帽螺纹相连；所述第一弹簧套在第一预紧螺栓上，两端分别和第一固定梁、连接轴第一固定部相抵；
所述第二预紧螺栓依次穿过第二固定梁上的调节通孔、连接轴第二固定部上的通孔后和所述第二预紧螺帽螺纹相连；所述第二弹簧套在第二预紧螺栓上，两端分别和第二固定梁、连接轴第二固定部相抵；
所述第一被动轮、第二被动轮中心均设有通孔，分别通过轴承设置在连接轴连接部的两端；
所述夹心式框架作动器套在所述轨道上，第一至第四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。


2.根据权利要求1所述的基于夹心式框架作动器的轨道运载系统，其特征在于，所述第一至第四驱动足呈半圆柱状，包含一个弧面侧壁、一个矩形侧壁和两个端面，其中，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所述的基于夹心式框架作动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，冯浩人，郝博，金家楣，王鑫，王瑞锋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32