CN202474045U - 一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台 - Google Patents

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陈�峰
邢立明
杨明远
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Abstract

一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台，它涉及一种微动微扫平台，具体涉及一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台。本实用新型为了解决传统的扫描平台设计运动单一，运动速度慢，产生位置误差传递的问题。本实用新型的浮动块设置在公共底座上表面的中部，第一压电制动器下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第二压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第三压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第四压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷。本实用新型用于微纳米级微动平台技术领域。

Description

一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台
技术领域
本实用新型涉及一种微动微扫平台，具体涉及一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台。
背景技术
目前，传统的微动平台主要有两种类型，一种是利用导轨丝杠或其他一维驱动搭建的串联层叠式电动或手动平台，主要缺点是设计复杂且笨重，不但降低了系统的刚度而且引入了许多位置误差。另一种是传统的层叠式柔性铰链平台，主要缺点是串联层叠机构会产生位置误差传递。
实用新型内容
本实用新型为解决传统的扫描平台设计运动单一，运动速度慢，产生位置误差传递的问题，进而提出一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台。
本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是：本实用新型包括浮动块、公共底座、第一压电制动器、第二压电制动器、第三压电制动器、第四压电制动器、四个柔性铰链和四个压电陶瓷，第一压电制动器、第二压电制动器、第三压电制动器、第四压电制动器呈正方形矩阵设置在公共底座的上表面上，浮动块设置在公共底座上表面的中部，且浮动块位于第一压电制动器、第二压电制动器、第三压电制动器、第四压电制动器所构成正方形矩阵的中部，第一压电制动器的内侧与浮动块的外侧通过一个柔性铰链连接，第二压电制动器的内侧与浮动块的外侧通过一个柔性铰链连接，第三压电制动器的内侧与浮动块的外侧通过一个柔性铰链连接，第四压电制动器的内侧与浮动块的外侧通过一个柔性铰链连接，第一压电制动器下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第二压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第三压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷，第四压电制动器的下表面与公共底座的上表面之间设有一个压电陶瓷。
本实用新型的有益效果是：本实用新型采用柔性铰链作为机构的运动副，利用弹性材料的微小变形及其自回复的特性，不需要润滑，消除了传动过程的空回和摩擦，提高了机构的位置分辨率；本实用新型利用较狭长的铰链在运动轴方向保持较大刚度，在非运动轴方向即弯曲方向产生挠度变形，使两个运动轴的轴向刚度不受影响；本实用新型利用压电陶瓷的压电效应，通过施加电压变化而使压电陶瓷获得微小位移，通过柔性铰链组成的弹性机构传递位移在公共底座的浮动块上，通过运动解耦单元，保证了两个运动轴方向的运动为直线运动且互不干扰，达到消除耦合误差的目的；本实用新型采用整体弹性结构设计，高刚度使机构具有较大的固有频率，具有较高的响应速度。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图，图2第一压电制动器的结构示意图，图3是图2中A-A向剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台包括浮动块1、公共底座2、第一压电制动器3、第二压电制动器4、第三压电制动器5、第四压电制动器6、四个柔性铰链7和四个压电陶瓷8，第一压电制动器3、第二压电制动器4、第三压电制动器5、第四压电制动器6呈正方形矩阵设置在公共底座2的上表面上，浮动块1设置在公共底座2上表面的中部，且浮动块1位于第一压电制动器3、第二压电制动器4、第三压电制动器5、第四压电制动器6所构成正方形矩阵的中部，第一压电制动器3的内侧与浮动块1的外侧通过一个柔性铰链7连接，第二压电制动器4的内侧与浮动块1的外侧通过一个柔性铰链7连接，第三压电制动器5的内侧与浮动块1的外侧通过一个柔性铰链7连接，第四压电制动器6的内侧与浮动块1的外侧通过一个柔性铰链7连接，第一压电制动器3的下表面与公共底座2的上表面之间设有一个压电陶瓷8，第二压电制动器4的下表面与公共底座2的上表面之间设有一个压电陶瓷8，第三压电制动器5的下表面与公共底座2的上表面之间设有一个压电陶瓷8，第四压电制动器6的下表面与公共底座2的上表面之间设有一个压电陶瓷8。
本实施方式中以浮动块1的中心点为坐标原点，以经过相对设置的第一压电制动器3和第三压电制动器5上端面上对称线的直线为X轴，以经过相对设置的第二压电制动器4和第三压电制动器6上端面上对称线的直线为Y轴。
本实施方式中第一压电制动器3、第二压电制动器4、第三压电制动器5、第四压电制动器6利用力学三角形的力学分解原理，将垂直于X轴或Y轴方向的压电陶瓷8驱动力传递到X轴或Y轴方向，利用杠杆放大原理将压电陶瓷力和位移传递为X轴或Y轴方向的力和位移，即将力成比例缩小，将位移成比例放大。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台的第一压电制动器3通过一个紧固螺栓9固定安装在公共底座2的上表面上，第二压电制动器4通过一个紧固螺栓9固定安装在公共底座2的上表面上，第三压电制动器5通过一个紧固螺栓9固定安装在公共底座2的上表面上，第四压电制动器6通过一个紧固螺栓9固定安装在公共底座2的上表面上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三，结合图3说明本实施方式，本实施方式所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台的第一压电制动器3的一侧端插装有两块垫块10，第二压电制动器4的一侧端插装有两块垫块10，第三压电制动器5的一侧端插装有两块垫块10，第四压电制动器6的一侧端插装有两块垫块10。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理
本实用新型使用时，浮动块1通过解耦的柔性铰链7在第一压电制动器3、第二压电制动器4、第三压电制动器5、第四压电制动器6的带动下实现二维的精确运动。对第一压电制动器3的压电陶瓷8施加正向电压U3，此时，第一压电制动器3的压电陶瓷8沿Y轴的方向出力并微量伸长，压缩柔性铰链7的断面，使第一压电制动器3在Y轴方向伸长，而在X轴方向收缩，第一压电制动器3通过柔性铰链7推动浮动块1沿X轴向第三压电制动器5的方向移动。浮动块1在Y轴方向的移动与浮动块1在X轴方向的移动原理相同。

Claims (3)

1.一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台，其特征在于：所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台包括浮动块(1)、公共底座(2)、第一压电制动器(3)、第二压电制动器(4)、第三压电制动器(5)、第四压电制动器(6)、四个柔性铰链(7)和四个压电陶瓷(8)，第一压电制动器(3)、第二压电制动器(4)、第三压电制动器(5)、第四压电制动器(6)呈正方形矩阵设置在公共底座(2)的上表面上，浮动块(1)设置在公共底座(2)上表面的中部，且浮动块(1)位于第一压电制动器(3)、第二压电制动器(4)、第三压电制动器(5)、第四压电制动器(6)所构成正方形矩阵的中部，第一压电制动器(3)的内侧与浮动块(1)的外侧通过一个柔性铰链(7)连接，第二压电制动器(4)的内侧与浮动块(1)的外侧通过一个柔性铰链(7)连接，第三压电制动器(5)的内侧与浮动块(1)的外侧通过一个柔性铰链(7)连接，第四压电制动器(6)的内侧与浮动块(1)的外侧通过一个柔性铰链(7)连接，第一压电制动器(3)的下表面与公共底座(2)的上表面之间设有一个压电陶瓷(8)，第二压电制动器(4)的下表面与公共底座(2)的上表面之间设有一个压电陶瓷(8)，第三压电制动器(5)的下表面与公共底座(2)的上表面之间设有一个压电陶瓷(8)，第四压电制动器(6)的下表面与公共底座(2)的上表面之间设有一个压电陶瓷(8)。
2.根据权利要求1所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台，其特征在于：第一压电制动器(3)通过一个紧固螺栓(9)固定安装在公共底座(2)的上表面上，第二压电制动器(4)通过一个紧固螺栓(9)固定安装在公共底座(2)的上表面上，第三压电制动器(5)通过一个紧固螺栓(9)固定安装在公共底座(2)的上表面上，第四压电制动器(6)通过一个紧固螺栓(9)固定安装在公共底座(2)的上表面上。
3.根据权利要求1所述一种利用压电陶瓷实现运动的二维解耦式微动微扫平台，其特征在于：第一压电制动器(3)的一侧端插装有两块垫块(10)，第二压电制动器(4)的一侧端插装有两块垫块(10)，第三压电制动器(5)的一侧端插装有两块垫块(10)，第四压电制动器(6)的一侧端插装有两块垫块(10)。
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