[發(fā)明專利]一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及其設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110987091.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN113708662A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紹凱;孫連偉;史維佳;趙勃;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/04
• 分類號(hào): H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

本發(fā)明公開了一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及其設(shè)計(jì)方法。所述兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)包括支鏈l1、支鏈l2和支鏈l3，所述支鏈l1的A1處與定平臺(tái)(1)固定連接，所述支鏈l1的B1處通過球副S1與動(dòng)平臺(tái)(2)相連接，所述支鏈l2的A2處通過虎克鉸U與定平臺(tái)(1)相連，所述支鏈l2的B2處通過球副S2與動(dòng)平臺(tái)(2)相連，所述支鏈l3的A3處通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R與定平臺(tái)(1)連接，所述支鏈l3的B3處通過球副S3與動(dòng)平臺(tái)(2)相連接，所述支鏈l3的中間套接移動(dòng)副P。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)電磁式電機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)的弊端以及目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)定位精度欠佳、體積減小困難等問題，該機(jī)構(gòu)具有小體積、高動(dòng)態(tài)、大行程、高精度的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著精密超精密加工、精密光學(xué)、生命科學(xué)與技術(shù)、微電子器件、精密測量、智能器件等領(lǐng)域的高速發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)大尺度和納米級(jí)定位精度的驅(qū)動(dòng)裝置成為制約上述技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，并受到了廣泛的關(guān)注和研究。傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)雖然已經(jīng)十分成熟，但其存在著定位精度不足、響應(yīng)速度較慢以及電磁干擾嚴(yán)重等難以解決的問題，因此新型的壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，由于壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原理特點(diǎn)，它具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活多樣、無電磁干擾、響應(yīng)速度快、定位精度高等優(yōu)勢，并在生物醫(yī)療器械、航空航天、微納操作等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。

該壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)可作為航空、航天、雷達(dá)等領(lǐng)域中進(jìn)行仿真和測試的關(guān)鍵設(shè)備，在飛行器的研制過程中，起著極其重要的作用。同時(shí)采用霍爾元件對(duì)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行檢測，構(gòu)成反饋，以此來進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)及其設(shè)計(jì)方法，解決了傳統(tǒng)電磁式電機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)的弊端以及目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)定位精度欠佳、體積減小困難等問題，該機(jī)構(gòu)具有小體積、高動(dòng)態(tài)、大行程、高精度的特點(diǎn)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，所述兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)包括支鏈l1、支鏈l2和支鏈l3，所述支鏈l1的A1處與定平臺(tái)1固定連接，所述支鏈l1的B1處通過球副S1與動(dòng)平臺(tái)2相連接，所述支鏈l2的A2處通過虎克鉸U與定平臺(tái)1相連，所述支鏈l2的B2 處通過球副S2與動(dòng)平臺(tái)2相連，所述支鏈l3的A3處通過轉(zhuǎn)動(dòng)副R與定平臺(tái)1連接，所述支鏈l3的B3處通過球副S3與動(dòng)平臺(tái)2相連接，所述支鏈l3的中間套接移動(dòng)副P。

進(jìn)一步的，所述支鏈l2的A2處的虎克鉸U、支鏈l3的A3處的轉(zhuǎn)動(dòng)副R分別有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線過A1處的中心。

一種兩自由度壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟1：對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)計(jì)算自由度；

步驟2：基于步驟1的自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；

步驟3：基于步驟2的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立約束方程：

步驟4：基于步驟3的約束方程確定位置矢量；

步驟5：根據(jù)步驟4的位置矢量確定支鏈長度；

步驟6：由步驟5的支鏈長度確定步驟2的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；

步驟7：求解步驟6的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，驗(yàn)證壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)無奇異。

進(jìn)一步的，所述步驟1對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)計(jì)算自由度具體為，

采用K-G公式計(jì)算自由度：

式中：n為構(gòu)件數(shù)；m為運(yùn)動(dòng)副數(shù)；為個(gè)運(yùn)動(dòng)副自由度之和。

分析該UPS-RPS-S并聯(lián)結(jié)構(gòu)可知n＝6，g＝7，則有

F＝6(6-7-1)+14＝2