本发明属于压电电机，尤其涉及一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器。
背景技术：
1、随着科学技术的发展，精密驱动已经应用到各种超精加工运动平台、大规模集成电路及细胞精细操作等高端装备领域，传统的精密驱动主要通过电磁驱动方式实现，受到工作原理及结构制约，已不能满足上述高端装备领域对相关技术的发展要求，而压电驱动技术基于压电材料的逆压电效应，通过控制其机械变形产生旋转或直线运动，具有分辨力高、响应速度快、电磁兼容性优异等特性，压电步进驱动原理主要分为尺蠖式原理、海豹式原理和惯性式原理，其中基于惯性式步进原理开发的跨尺度压电执行器，因结构紧凑、高分辨率和大行程的特点成为精密驱动领域的热点研究方向；惯性步进原理驱动的压电执行器具有良好的应用前景，但现有技术中缺乏能够实现三转动自由度角位移输出的集成式压电步进执行器。
技术实现思路
1、本发明的目的是提出一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，通过压电陶瓷片和弹性片之间的协同变形可以实现高精度的三自由度运动输出。
2、一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，包括关节球、输出端、惯性环、关节座、基座、压电晶片a、压电晶片b、压电晶片c、压电晶片d、柔性铰链和惯性臂；
3、关节球连接在关节座内并与其内部预紧机构摩擦接触，关节座内部上方与关节球接触处有一倒角，关节座固定连接在基座上，关节球上固定连接有惯性臂，惯性臂与输出端连接，压电晶片a的两端和压电晶片b的两端均通过柔性铰链与惯性环固定连接，压电晶片a和压电晶片b之间相互平行，压电晶片c的两端均通过柔性铰链分别与压电晶片a和输出端固定连接，压电晶片d的两端均通过柔性铰链分别与压电晶片b和输出端固定连接，压电晶片a与压电晶片c相互垂直，压电晶片b与压电晶片d相互垂直；
4、通过对压电晶片a和压电晶片b中的两个压电陶瓷片施加异相锯齿波信号，实现输出端绕关节球的y轴方向旋转运动输出；通过对压电晶片c和压电晶片d中的两个压电陶瓷片施加同相的锯齿波信号，实现输出端绕关节球的x轴方向旋转运动输出；通过对压电晶片c和压电晶片d中的两个压电陶瓷片施加异相的锯齿波信号，实现输出端绕关节球的z轴方向旋转运动输出。
5、优选的，惯性环、压电晶片中的弹性片、柔性铰链和输出端通过一整块经过淬火处理的65mn弹簧钢加工而成。
6、优选的，压电晶片a和压电晶片b由弹性片与弹性片外侧连接的压电陶瓷片组成，压电晶片c和压电晶片d由弹性片与弹性片两侧连接的压电陶瓷片组成。
7、优选的，关节球的材质为耐磨陶瓷。
8、优选的，惯性臂顶部加工有螺纹孔，预紧螺栓穿过垫片、输出端与惯性臂的螺纹孔螺纹连接。
9、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
10、本发明利用四个压电晶片的时序应变完成周期性运动，从而带动输出端产生步进旋转角位移，进而使得压电执行器实现三转动自由度的运动输出；
11、本发明在超精加工运动平台、大规模集成电路及细胞精细操作等高端装备领域具有良好的应用前景，三转动自由度的运动输出进一步扩宽了压电执行器在精密驱动领域内的应用范围。
1.一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，其特征在于：包括关节球（1）、输出端（2）、惯性环（3）、关节座（4）、基座（5）、压电晶片a（6）、压电晶片b（7）、压电晶片c（8）、压电晶片d（9）、柔性铰链（10）和惯性臂（11）；
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，其特征在于：惯性环（3）、压电晶片中的弹性片、柔性铰链（10）和输出端（2）通过一整块经过淬火处理的65mn弹簧钢加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，其特征在于：压电晶片a（6）和压电晶片b（7）由弹性片与弹性片外侧连接的压电陶瓷片组成，压电晶片c（8）和压电晶片d（9）由弹性片与弹性片两侧连接的压电陶瓷片组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，其特征在于：关节球（1）的材质为耐磨陶瓷。
5.根据权利要求1所述的一种基于惯性步进原理驱动的三转动自由度压电执行器，其特征在于：惯性臂（11）顶部加工有螺纹孔，预紧螺栓穿过垫片、输出端（2）与惯性臂（11）的螺纹孔螺纹连接。
