[發明專利]一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構的轉動平臺角度調節方法

有效

• 申請號: 201811481290.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109546887B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 曲建俊;黎明;羅云霞;朱李軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構及轉動平臺角度調節方法，它涉及一種壓電驅動裝置及調節方法，它包括轉動平臺、底座、萬向柔性鉸鏈和四組位移放大單元，每組所述位移放大單元主要由三角放大結構和壓電陶瓷促動器組成，所述萬向柔性鉸鏈和三角放大機構布置在轉動平臺和底座之間；轉動平臺角度調節方法：將對稱結構壓電驅動二維指向調整機構實行無間隙連接，在安裝完成后，利用激光位移傳感器測得轉動平臺兩個對稱萬向柔性鉸鏈的初始高度位移偏差；之后可對轉動平臺進行角度調整，當工作完畢，壓電陶瓷促動器斷電恢復初始狀態。本發明應用于空間環境下精密指向定位和激光通信領域。

技術領域

本發明涉及一種壓電驅動裝置及調節方法，具體涉及一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構及轉動平臺角度調節方法。屬于壓電精密驅動領域。

背景技術

隨著科技的不斷發展，光學領域、半導體領域和機械加工行業等都迫切的需求超精密的指向定位機構，特別是在空間環境下應用的高精度指向調整機構，對星間通訊傳輸、激光測距等具有重要作用。

指向調整機構經過多年的發展，主要包括了傳統電機驅動的指向調整機構和利用壓電效應驅動的指向調整機構。傳統電機驅動的指向調整機構尺寸大，機構復雜，且控制要求高，并且存在大量轉動副，需要解決其潤滑及長壽命等難點問題；現有壓電驅動指向調整機構的調整轉角范圍有限，且其熱控復雜，不同溫度環境下使用誤差大。

授權公告號：CN103267210B的中國發明專利提出了一種六自由度并聯指向平臺，該機構承載能力強、動態相應快。受限于壓電陶瓷材料微小位移輸出，其調節范圍有限，且控制復雜，集成困難。

專利號201710583870.X的中國發明專利提出了一種具有解耦功能的大偏轉角壓電二維指向機構及驅動方法，該發明專利涉及一種杠杠放大的壓電二維指向機構，該機構具有結構尺寸小，控制簡單的優點，但其采用一級杠杠放大，且尺寸小，位移放大倍數有限，致使轉角范圍受到限制；其壓電陶瓷和弧形帽之間存在摩擦，在惡劣環境下可靠性低。

發明內容

本發明為克服現有技術不足，提供一種角位移調節精度高，轉角調節范圍較大，運行可靠的一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構及轉動平臺角度調節方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構，它包括轉動平臺、底座、萬向柔性鉸鏈和四組位移放大單元；所述四組位移放大單元兩組為一對對稱布置，每組所述位移放大單元主要由三角放大結構和壓電陶瓷促動器組成，所述萬向柔性鉸鏈和三角放大機構布置在轉動平臺和底座之間，三角放大機構與萬向柔性鉸鏈固接，萬向柔性鉸鏈與轉動平臺固接，三角放大機構與底座固接，所述三角放大機構內固接有所述壓電陶瓷促動器。

一種對稱結構壓電驅動二維指向調整機構的轉動平臺角度調節方法為將壓電式二維指向調整機構實行無間隙連接，在安裝完成后，利用激光位移傳感器測得轉動平臺的Y軸或X軸方向上兩個對稱萬向柔性鉸鏈的初始高度位移偏差；之后可對轉動平臺繞X軸或Y軸或同時繞X軸和Y軸的角度調整；一、根據所需要調整的偏轉角度結合萬向柔性鉸鏈位移輸出點的距離計算對應的高度差，該高度差為理論仿真計算高度差；二、根據所需要的高度差減去測量得到的初始高度位移偏差，得到實際需要的位移差大小；三、根據壓電陶瓷促動器的輸出特性計算實際需要的位移差對應的電壓差大小；四、為偏轉角度方向對應的壓電陶瓷促動器通電，所通電壓壓差為計算所得電壓差，從而實現轉動，壓電陶瓷促動器中電壓較小的壓電陶瓷促動器所通的電壓值需要保證有足夠的位移輸出到轉動平臺上，當工作完畢，斷電恢復初始狀態。

本發明相比現有技術的有益效果是：

1、通過兩組三角位移放大結構串聯布置實現了壓電陶瓷輸出的位移放大，增大了偏轉平臺的角度調整范圍。并且保證了角度調節的高精度。