CN103177774B - 两自由度柔性微角位移压电作动平台 - Google Patents

两自由度柔性微角位移压电作动平台 Download PDF

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Abstract

两自由度柔性微角位移压电作动平台，包括置于带有双轴柔性铰链的微角摆平台和底座间的第一柔性位移放大机构、第二柔性位移放大机构、第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构，第一柔性位移放大机构和第二柔性位移放大机构相对布置具有相同的形状和尺寸，组成第一作动器组，第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构相对布置且具有相同的形状和尺寸，且与第一柔性位移放大机构和第二柔性位移放大机构垂直交错分布，组成第二作动器组，在第一柔性位移放大机构、第二柔性位移放大机构、第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构内分别装有第一压电堆、第二压电堆、第三压电堆和第四压电堆；本发明在具有高角分辨率的同时，还具备响应速度快，体积小，重量轻的特点。

Description

两自由度柔性微角位移压电作动平台
技术领域
本发明涉及一种微角位移压电作动平台，具体涉及一种两自由度柔性微角位移压电作动平台。
背景技术
近年来随着微电子技术、生物工程、航天工程等学科的迅速发展，微角度作动平台在天文望远镜、图像稳定、复合轴精密跟踪、瞄准光学系统中有着日益重要而广泛的应用。目前，微角度作动平台多数是基于柔性铰链，因此具有零摩擦、零间隙的固有特征，从而实现了亚微弧度的转角分辨率。而由于其应用环境的特殊性，往往还要求具有体积小，重量轻的特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两自由度柔性微角位移压电作动平台，在具有高的角位移分辨率的同时，还具备响应速度快，体积小，重量轻的特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种两自由度柔性微角位移压电作动平台，包括底座2以及通过刚性支撑4固定连接连于底座2上的带有双轴柔性铰链3的微角摆平台1，还包括分布于微角摆平台1和底座2间的与微角摆平台1下表面相接触并固连于底座2上的第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8，所述第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6相对布置并具有相同的形状和尺寸，组成第一作动器组13，所述第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8也相对布置并具有相同的形状和尺寸，且与第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6垂直交错分布，第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8组成第二作动器组14，第一作动器组13和第二作动器组14的工作面相互垂直，在所述第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8内部分别安装有第一压电堆9、第二压电堆10、第三压电堆11和第四压电堆12。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
由于第一作动器组13与第二作动器组14的位移放大机构高低交错分布，有助于减小第一作动器组13、第二作动器组14和微角摆平台1的接触点与底座2的转动中心的距离，因此本发明作动平台在位移输出量一定的情况下具有更大的角度调节范围，同时减小了该作动平台的体积和质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图，其中图1A为立体结构示意图，图1B为沿第一柔性位移放大机构的纵剖图，图1C为沿第三柔性位移放大机构的纵剖图。
图2为微角摆平台的结构示意图，其中图2A为微角摆平台主视图，图2B为微角摆平台左视图。
图3为位移放大机构及压电堆的结构示意图，其中图3A为第一柔性位移放大机构及第一压电堆的结构示意图，其中图3B为第三柔性位移放大机构及第三压电堆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种两自由度柔性微角位移压电作动平台，包括底座2以及通过刚性支撑4固定连接连于底座2上的带有双轴柔性铰链3的微角摆平台1，还包括分布于微角摆平台1和底座2间的与微角摆平台1下表面相接触并固连于底座2上的第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8，所述第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6相对布置并具有相同的形状和尺寸，组成第一作动器组13，所述第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8也相对布置并具有相同的形状和尺寸，且与第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6垂直交错分布，第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8组成第二作动器组14，第一作动器组13和第二作动器组14的工作面相互垂直，在所述第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8内部分别安装有第一压电堆9、第二压电堆10、第三压电堆11和第四压电堆12。
如图2所示，为微角摆平台的结构示意图，包括平台1，平台1下带有双轴柔性铰链3，双轴柔性铰链3下固定有刚性支撑4。上述结构采取精密慢走丝线切割起床一体加工而成。
如图3所示，为位移放大机构及置于其内的压电堆的结构示意图。如图3A所示位移放大机构5采用精密慢走丝线切割起床一体加工而成，压电堆9位于其内部，并固定于位移放大机构5长轴两端。如图3B所示位移放大机构7采用精密慢走丝线切割起床一体加工而成，压电堆11位于其内部，并固定于位移放大机构7长轴两端。
本发明的工作原理为：当施加在第一压电堆9上的电压增加时，将导致第一压电堆9伸长，从而使得第一柔性位移放大机构5沿X轴方向的长度增加，该位移被第一柔性位移放大机构5放大后沿Y轴方向输出。反之，当施加在第一压电堆9上的电压减小时，将导致第一压电堆9缩短，在弹性回复力的作用下，第一柔性位移放大机构5沿Y轴方向的长度减小，该位移被第一柔性位移放大机构5放大后沿Y轴方向输出。
工作时，第一柔性位移放大机构5、第一压电堆9与第二柔性位移放大机构6、第二压电堆10，共同组成第一作动器组13，以差动方式工作，即使得一个压电堆伸长，另一个压电堆等量缩短，从而导致一个柔性位移放大机构输出正向位移，另一个柔性位移放大机构输出负向并与之等量的位移，从而推动微角摆平台1在第一作动器组13的工作面内，以双轴柔性铰链3为中心产生偏转角。
第二作动器组14的工作原理与第一作动器组13的工作原理相同。推动微角摆平台1在其工作面内，以双轴柔性铰链3为中心产生偏转角。

Claims (1)

1.一种两自由度柔性微角位移压电作动平台，包括底座(2)以及通过刚性支撑(4)固定连接连于底座(2)上的带有双轴柔性铰链(3)的微角摆平台(1)，还包括分布于微角摆平台(1)和底座(2)间的与微角摆平台(1)下表面相接触并固连于底座(2)上的第一柔性位移放大机构(5)、第二柔性位移放大机构(6)、第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)，在所述第一柔性位移放大机构(5)、第二柔性位移放大机构(6)、第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)内部分别安装有第一压电堆(9)、第二压电堆(10)、第三压电堆(11)和第四压电堆(12)；其特征在于：所述第一柔性位移放大机构(5)和第二柔性位移放大机构(6)相对布置并具有相同的形状和尺寸，组成第一作动器组(13)，所述第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)也相对布置并具有相同的形状和尺寸，且与第一柔性位移放大机构(5)和第二柔性位移放大机构(6)垂直交错分布，第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)组成第二作动器组(14)，第一作动器组(13)和第二作动器组(14)的工作面相互垂直，
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