CN105071690B - 一种压电直线作动二维稳像平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型压电直线作动二维稳像平台，该作动平台在X和Y方向可以分别做双向主动位移输出，从而组合成平面内任意位置的作动。X和Y方向分别由两个相同的压电直线作动器并联而成，此压电直线作动器是由两个不同的三角放大式微位移放大机构串联组成，三角放大机构分别设计为正三角放大作动单元和倒三角放大作动单元，从而可以实现在X和Y方向上双向作动的要求。本发明通过对正三角放大机构和倒三角放大机构串联单元的并联，能够实现一个方向上的双向主动位移输出目标，从而满足稳像平台镜片的任意位置作动，同时也能输出满足平台运动所需要的力。
Description
技术领域
本发明涉及压电精密微位移光学稳像技术领域，特别是一种压电直线作动二维稳像平台。
背景技术
随着捷联红外成像产品应用的增加，急需光学稳像技术的突破。由于目标与红外探测系统之间存在着相对运动，当相对运动速度大到一定程度时，探测器采集的图像变得模糊，使红外成像产品无法正常工作。这时候需要在成像产品中增加光学稳像系统，在光学系统中增加微位移装置实时移动图像采集镜片组中的个别元件从而达到稳定图像的作用。
压电直线作动器利用压电材料的逆压电效应，采用特定的结构制成。这种作动器具有微型化时效率高，能直接产生直线输出、结构简单、响应快、位置和速度控制精度高、无电磁干扰等优点，广泛应用于精密仪器仪表、航空航天、医疗、机器人等高新技术领域，体现了其独有的使用价值。
根据压电直线作动器驱动机理的不同，可分为共振式和非共振式。共振式压电直线电机是利用压电元件的逆压电效应及超声振动原理将弹性体的微幅振动通过共振放大和摩擦耦合原理转换成动子的宏观直线运动。非共振式电机采用叠层性压电陶瓷作为激振元件，叠层压电陶瓷在较小电压驱动下能有较大的位移输出，定子无需共振即可使驱动足产生足够的振幅来驱动动子，主要有直接驱动式、尺蠖原理式、位移放大式及惯性冲击式。
在非共振式压电直线电机中，位移放大式是利用位移放大机构对叠层压电陶瓷的输出位移进行放大，从而解决压电直线电机输出位移不足的问题。目前常见的微位移放大机构有杠杆放大、压曲放大、桥式放大和三角放大等多种压电微位移放大机构。但是由于压电材料特性的限制，目前常见的微位移放大机构只能实现由压电材料输出推力而获得的正向主动输出，而反向回程只能依靠放大机构中的弹性恢复实现。
发明内容
针对上述背景技术的不足，本发明的目的是提供了一种压电直线作动二维稳像平台，实现了对平面任意位置的作动；作动单元在实现位移放大的同时实现了平衡位置两侧的双向主动位移输出的目标，实现了放大机构对输出方向和大小的控制。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种压电直线作动二维稳像平台，包括稳像平台a、压电驱动单元b、固定端面b1、若干连接部件；所述稳像平台a的一条边上通过连接部件连接至压电驱动单元b，压电驱动单元b通过连接部件连接至固定端面b1上；其中，所述压电驱动单元b采用串联正三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e的结构产生正向、负向双向的主动输出。
所述正三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e串联构成一个压电直线作动器c，所述压电驱动单元b设有若干个并联的压电直线作动器c。
所述压电直线作动器c为三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e中间通过钢块c1固接串联形成，所述正三角微位移放大机构d的另一端通过连接部件连接至稳像平台a的一条边上，倒三角微位移放大机构e的另一端通过连接部件连接至固定端面b1上。
所述正三角微位移放大机构d包括正压电叠堆d1、正垫块d2以及正三角结构钢架d3；正压电叠堆d1的两端紧靠着两个正垫块d2，整体放置在外部正三角结构钢架d3内。
所述倒三角微位移放大机构e包括倒压电叠堆e1、倒垫块e2以及倒三角结构钢架e3；倒压电叠堆e1的两端紧靠着两个倒垫块e2，整体放置在外部倒三角结构钢架e3内。
所述稳像平台a设有若干条边，每条边上都设有依次连接的压电驱动单元b和固定端面b1。
所述连接部件为柔性铰链a2。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
该二维稳像平台利用三角放大式原理对压电叠堆的变形进行放大，从而得到所需方向上的位移要求，采用正三角式微位移放大机构和倒三角式微位移放大机构串联而成的压电直线作动器实现同一方向上双向主动输出位移的目标，采用并联两个压电直线作动器来实现一个方向上对稳像平台输出力的目标，采用相互垂直的两个方向上的双向主动作动来实现稳像平台在平面任意位置的位移目标。
附图说明
图1为本发明压电直线作动二维稳像平台的俯视图；
图2为本发明压电直线作动二维稳像平台的立体图；
图3为本发明中稳像平台的结构示意图；
图4为本发明中驱动单元的结构示意图；
图5为本发明中压电直线作动器的结构示意图；
图6为本发明正三角微位移放大机构示意图；
图7为本发明倒三角微位移放大机构示意图；
其中，a-稳像平台、b-压电驱动单元、c-压电直线作动器、d-正三角微位移放大机构、e-倒三角微位移放大机构、b1-固定端面、a1-稳像镜片、a2-柔性铰链、c1-钢块；
d1-正压电叠堆、d2-正垫块、d3-正三角结构钢架；
e1-压电叠堆、e2-倒垫块、e3倒三角结构钢架。
具体实施方式
本发明提供一种压电直线作动二维稳像平台，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
一种压电直线作动二维稳像平台，包括稳像平台a、压电驱动单元b、固定端面b1、若干连接部件；所述稳像平台a的一条边上通过柔性铰链连接至压电驱动单元b，压电驱动单元b通过柔性铰链连接至固定端面b1上；稳像平台a设有两条相互垂直的边，每条边上都设有依次连接的压电驱动单元b和固定端面b1；其中，所述压电驱动单元b采用串联正三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e的结构产生正向、负向双向的主动输出。
所述正三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e串联构成一个压电直线作动器c，所述压电驱动单元b设有若干个并联的压电直线作动器c；所述压电直线作动器c为三角微位移放大机构d和倒三角微位移放大机构e中间通过钢块c1固接串联形成，所述正三角微位移放大机构d的另一端通过连接部件连接至稳像平台a的一条边上，倒三角微位移放大机构e的另一端通过连接部件连接至固定端面b1上。
所述正三角微位移放大机构d包括正压电叠堆d1、正垫块d2以及正三角结构钢架d3上；正压电叠堆d1的两端紧靠着两个正垫块d2，整体放置在外部正三角结构钢架d3内；所述倒三角微位移放大机构e包括倒压电叠堆e1、倒垫块e2以及倒三角结构钢架e3上；倒压电叠堆e1的两端紧靠着两个倒垫块e2，整体放置在外部倒三角结构钢架e3内。
下面，说明该二维稳像平台的作动方法：
初始时通过垫块d2、e2和外部钢架d3、e3分别为压电叠堆d1、e1的压力提供预紧力，驱动单元b一端通过柔性铰链a2和平台a连接，另一端通过柔性铰链b2和固定端面b1连接，各部件处于静止状态。
对于镜面在平面上任意位置的位移，都可以分解为附图1中两个互相垂直的X和Y方向的位移，然后通过各个方向的作动单元实现其位移。
对于X正向的位移，施加一个正向电压在X方向的两个倒三角微位移放大机构e中的压电叠堆e1，压电叠堆e1伸长，从而使外部倒三角形钢架e3在X正向输出响应的位移。对于X负向的位移，施加一个正向电压在X方向的两个正三角微位移放大机构d中的压电叠堆d1，压电叠堆d1伸长，从而使外部正三角形钢架d3在X正向输出响应的位移。
对于Y正向的位移，施加一个正向电压在Y方向的两个倒三角微位移放大机构e中的压电叠堆e1，压电叠堆e1伸长，从而使外部倒三角形钢架e3在Y正向输出响应的位移。对于Y负向的位移，施加一个正向电压在Y方向的两个正三角微位移放大机构d中的压电叠堆d1，压电叠堆d1伸长，从而使外部正三角形钢架d3在Y正向输出响应的位移。
通过X和Y方向的两个位移矢量叠加，完成镜片在平面内所需要的任意位置的位移作动。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将本说明书看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：包括稳像平台(a)、压电驱动单元(b)、固定端面(b1)、若干连接部件；所述稳像平台(a)的一条边上通过连接部件连接至压电驱动单元(b)，压电驱动单元(b)通过连接部件连接至固定端面(b1)上；其中，所述压电驱动单元(b)采用串联正三角微位移放大机构(d)和倒三角微位移放大机构(e)的结构产生正向、负向双向的主动输出。
2.根据权利要求1所述的一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述正三角微位移放大机构(d)和倒三角微位移放大机构(e)串联构成一个压电直线作动器(c)，所述压电驱动单元(b)设有若干个并联的压电直线作动器(c)。
3.根据权利要求2所述的一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述压电直线作动器(c)为三角微位移放大机构(d)和倒三角微位移放大机构(e)中间通过钢块(c1)固接串联形成，所述正三角微位移放大机构(d)的另一端通过连接部件连接至稳像平台(a)的一条边上，倒三角微位移放大机构(e) 的另一端通过连接部件连接至固定端面(b1)上。
4.根据权利要求3所述的一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述正三角微位移放大机构(d)包括正压电叠堆(d1)、正垫块(d2)以及正三角结构钢架(d3)；正压电叠堆(d1)的两端紧靠着两个正垫块(d2)，整体放置在外部正三角结构钢架(d3)内。
5.根据权利要求3所述的一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述倒三角微位移放大机构(e)包括倒压电叠堆(e1)、倒垫块(e2)以及倒三角结构钢架(e3)；倒压电叠堆(e1)的两端紧靠着两个倒垫块(e2)，整体放置在外部倒三角结构钢架(e3)内。
6.根据权利要求1至5所述的任意一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述稳像平台(a)设有若干条边，每条边上都设有依次连接的压电驱动单元(b)和固定端面(b1)。
7.根据权利要求6所述的一种压电直线作动二维稳像平台，其特征在于：所述连接部件为柔性铰链(a2)。
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