一种断电保持三自由度压电指向调整装置及平台控制方法制造方法及图纸

一种断电保持三自由度压电指向调整装置及平台控制方法，一种压电驱动调整装置及方法，装置包括平台、底座、三个或四个调整机构；每个调整机构它包括顶杆、驱动机构、制动机构和支撑体；顶杆的上端固定在平台上，顶杆上加工有万向柔性铰链，该万向柔性铰链位于支撑体上部与平台之间，支撑体固定在底座上；方法步骤包括：一、调整机构、平台和底座组装，二、顶杆自锁状态解除，三、调整装置控制平台实现三个自由度调整。本发明专利技术装置结构紧凑，在空间环境中使用，运行稳定可靠，平台能实现三个自由度调整，能够满足空间环境的应用需求。

A 3-DOF Piezoelectric Direction Adjustment Device and Platform Control Method for Power-off Maintenance

【技术实现步骤摘要】
一种断电保持三自由度压电指向调整装置及平台控制方法
本专利技术涉及一种压电驱动调整装置及方法，具体涉及一种断电保持三自由度压电指向调整装置及平台控制方法，属于压电精密驱动领域。
技术介绍
随着科技高速发展，光学、半导体以及机械加工领域等迫切需求超精密定位指向机构，特别是空间领域，当下深空探测、激光通信、激光测距等发展迅速，平台的高精指向是一个重要指标，往往需要利用高精度的指向调整机构进行平台指向的调节。指向调整机构目前主要有两种形式，其一是利用传动电机驱动的指向调整机构，其二是利用逆压电效应驱动的指向调整机构。使用传统电机驱动，导致整个机构体积大、传动链长、控制复杂、重量大，不利于应用到对小重量、小体积有要求的空间领域。公开号为CN109889084A的专利申请提出了一种压电驱动的超精密进给调姿装置及其激励方法，该专利技术申请的驱动平台在进行位姿调节后不能实现断电保持，压电驱动单元需要一直通电，以保持调节的平台位置、角度保持不变，对压电器件寿命有所损耗；公开号为CN108054512A的专利申请提出一种用于深空探测的大力矩抗干扰天线指向机构，该机构需要借助制动器通电输出保持力矩，实现机构的保持，并不能实现断电自锁；申请号201710583870.X的专利申请提出了具有解耦功能的大偏转角压电二维指向机构及驱动方法，采用一级杠杠放大，微位移放大倍数有限，致使输出外部转角范围受到限制，且杠杆机构为非对称结构，对压电叠堆的位置布置要求很高，对放大倍数有着关键影响。可见现有压电驱动机构可调整的角度范围小，工作时需要一直通电，没有断电自锁功能，导致电能的浪费，同时压电叠堆长时间通电对其寿命有损耗。
技术实现思路
本专利技术是为克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑，平台调整范围大，空间环境中运行可靠的断电保持三自由度压电指向调整装置。本专利技术还提供一种对平台实现大角度范围调整、竖向位移调整，运行可靠的断电保持三自由度压电指向调整装置的平台控制方法。本专利技术的技术方案是：方案一：一种断电保持三自由度压电指向调整装置，它包括平台、底座、三个或四个调整机构；三个或四个调整机构均匀布置在底座上；每个调整机构它包括顶杆、驱动机构、制动机构和支撑体；所述驱动机构包括驱动压电叠堆和微位移放大结构；所述制动机构包括两个制动三角放大结构和两个制动压电叠堆；每个制动三角放大结构内布置有一个制动压电叠堆，两个制动三角放大结构的相背输出端与支撑体固接，两个制动三角放大结构的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆，顶杆滑动设在支撑体上，在制动压电叠堆断电状态下，顶杆被两个制动三角放大结构夹持锁定；顶杆的底端与微位移放大结构的输出端接触，在驱动压电叠堆通电状态下，微位移放大结构被驱动压电叠堆驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆，微位移放大结构固定在支撑体上；顶杆的上端固定在平台上，顶杆上加工有万向柔性铰链，该万向柔性铰链位于支撑体上部与平台之间，支撑体固定在底座上。方案二：一种断电保持三自由度压电指向调整装置的平台控制方法，它包括如下步骤：一、将三个或四个调整机构均匀布置后，将调整机构、平台和底座组装完，初始状态，驱动压电叠堆断电，则驱动机构不对顶杆产生推力；制动压电叠堆亦不得电，顶杆受到制动机构初始预紧力而被夹持，实现断电保持；二、三个或四个调整机构的制动压电叠堆同时通电，制动压电叠堆伸长，制动三角放大结构收缩产生恢复力，顶杆自锁状态解除；三、三个或四个调整机构的制动压电叠堆同时继续通电，制动压电叠堆伸长，制动三角放大结构保持恢复力；三个或四个驱动压电叠堆同时通电，驱动压电叠堆伸长，四个调整机构获得相同的通电规律电压，由四个微位移放大结构同步产生竖直向上的驱动力，四个调整机构的顶杆输出相同大小的在Z轴上的直线微位移△X，平台在Z轴移动自由度上获得一个位移△X；或者三个或四个调整机构的制动压电叠堆同时继续通电，制动压电叠堆伸长，制动三角放大结构保持恢复力；若为三个调整机构，形成三角形布置方式，以三角形任意两条中分线构建平面XY坐标系，任意一个中分线两侧对应的两个调整机构的驱动压电叠堆通电，获得不同的通电规律电压，另一个调整机构的驱动压电叠堆不得电，则得电的两个调整机构在微位移放大结构的放大作用下输出不同的驱动力，对应的顶杆输出大小不同的直线微位移，产生一个位移差，基于万向柔性铰链的柔性作用，则平台在以任意两条中分线作为X轴或Y轴旋转自由度上分别获得一个转角；若为四个调整机构，形成正四边形布置方式，以相互垂直的两条中线构建平面XY坐标系，一个中线两侧对应的两个调整机构的驱动压电叠堆通电，获得不同的通电规律电压，另外两个调整机构的驱动压电叠堆断电，则得电的两个调整机构在微位移放大结构的放大作用下输出不同的驱动力，对应的顶杆输出大小不同的直线微位移，产生一个位移差，基于万向柔性铰链的柔性作用，则平台在以两条中线作为X轴或Y轴旋转自由度上分别获得一个转角。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：1、每个调整机构通过杠杆和三角复合放大或者三角放大或杠杆放大驱动机构，使驱动压电叠堆输出的微位移放大，则顶杆获得放大的直线位移，进而增大平台转角的调整范围，并保证了角度调整的高精度。2、每个调整机构的驱动机构采用的杠杆—三角复合放大结构或三角放大结构或杠杆放大结构均为对称式设计，对压电叠堆位置布置要求低，可以自补偿安装误差，保证驱动机构放大倍数准确，不因人为安装产生误差。3、每个调整机构利用制动机构实现在制动压电叠堆通电时解除顶杆保持，在制动压电叠堆断电时对顶杆两侧夹紧，使得顶杆位置在制动压电叠堆不通电状态保持不变，从而实现整个调整机构断电保持，减小驱动压电叠堆长时间通电对其寿命的损耗，减少电能的消耗，同时断电时依靠机械结构保持位置，相较于带电保持可靠性更高，在空间环境中使用，运行更为可靠。4、本专利技术指向调整装置使用压电叠堆，三个或四个调整机构均布设置，结构紧凑，在使用中可以极大节省使用空间，更加适用于航天领域中要求小安装空间的任务。5、三个调整机构利用中分线构建平面XY坐标系，四个调整机构利用中线构建平面XY坐标系，三个调整机构中利用中分线两侧两个调整机构输出位移差或者四个调整机构中利用对称的两组调整机构输出位移差实现X轴、Y轴旋转自由度的角度调整；利用三个或四个调整机构同时输出相同位移实现平台Z轴移动自由度的位移调整。该调整装置实现三个自由度调整，能够满足空间环境的部分应用需求。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。附图说明图1为本专利技术的断电保持三自由度压电指向调整装置的立体图；图2为本专利技术的断电保持三自由度压电指向调整装置的平台产生竖向位移的工作图；图3为本专利技术的断电保持三自由度压电指向调整装置的平台绕X轴旋转的工作图；图4为本专利技术的断电保持三自由度压电指向调整装置的平台绕Y轴旋转的工作图；图5为采用杠杆和三角复合放大的正交式调整机构的结构图；图6为图5中制动机构的俯视图；图7为图5的侧视图；图8为采用三角放大的正交式调整机构的结构图；图9为采用杠杆放大的正交式调整机构的结构图；图10为采用二级杠杆放大的正交式调整机构的结构图；图11为采用杠杆和三角复合放大的扁平式调整机构的结构图；图12为采用三角放大的扁平式调整机构的结构图；图13为采用杠杆放大的扁平式调整机构的结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：它包括平台(20)、底座(21)、三个或四个调整机构(A)；三个或四个调整机构(A)均匀布置在底座(21)上；每个调整机构(A)它包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；顶杆(1)的上端固定在平台(20)上，顶杆(1)上加工有万向柔性铰链(101)，该万向柔性铰链(101)位于支撑体(D)上部与平台(20)之间，支撑体(D)固定在底座(21)上。...

【技术特征摘要】
1.一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：它包括平台(20)、底座(21)、三个或四个调整机构(A)；三个或四个调整机构(A)均匀布置在底座(21)上；每个调整机构(A)它包括顶杆(1)、驱动机构、制动机构和支撑体(D)；所述驱动机构包括驱动压电叠堆(9)和微位移放大结构(B)；所述制动机构包括两个制动三角放大结构(11)和两个制动压电叠堆(12)；每个制动三角放大结构(11)内布置有一个制动压电叠堆(12)，两个制动三角放大结构(11)的相背输出端与支撑体(D)固接，两个制动三角放大结构(11)的相邻输出端之间设有竖向布置的顶杆(1)，顶杆(1)滑动设在支撑体(D)上，在制动压电叠堆(12)断电状态下，顶杆(1)被两个制动三角放大结构(11)夹持锁定；顶杆(1)的底端与微位移放大结构(B)的输出端接触，在驱动压电叠堆(9)通电状态下，微位移放大结构(B)被驱动压电叠堆(9)驱动而输出向上的驱动力传递给顶杆(1)，微位移放大结构(B)固定在支撑体(D)上；顶杆(1)的上端固定在平台(20)上，顶杆(1)上加工有万向柔性铰链(101)，该万向柔性铰链(101)位于支撑体(D)上部与平台(20)之间，支撑体(D)固定在底座(21)上。2.根据权利要求1所述一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：每个所述调整机构(A)的所述驱动压电叠堆(9)水平布置且与所述两个制动压电叠堆(12)的长度方向垂直；所述微位移放大结构(B)为杠杆和三角复合放大结构，包括：杠杆放大结构(4)和位于该杠杆放大结构(4)下部的驱动三角放大结构(5)；驱动三角放大结构(5)内安装有驱动压电叠堆(9)，驱动三角放大结构(5)和杠杆放大结构(4)分别与支撑体(D)相连，驱动三角放大结构(5)的单侧输出端与杠杆放大结构(4)的输入端相接触，杠杆放大结构(4)的输出端与顶杆(1)的底端相接触。3.根据权利要求1所述一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)水平布置且与所述两个制动压电叠堆(12)的长度方向垂直；所述微位移放大结构(B)为驱动三角放大结构(5)，该驱动三角放大结构(5)内安装有驱动压电叠堆(9)，驱动三角放大结构(5)和驱动压电叠堆(9)分别与支撑体(D)相连，驱动三角放大结构(5)的输出端与顶杆(1)的底端相接触。4.根据权利要求1所述一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)竖向布置，且与两个制动压电叠堆(12)的长度方向平行或垂直；所述微位移放大结构(B)为杠杆放大结构(4)，该杠杆放大结构(4)与支撑体(D)相连，驱动压电叠堆(9)的一端与杠杆放大结构(4)的输人端接触，驱动压电叠堆(9)的另一端与支撑体(D)连接，杠杆放大结构(40的输出端与顶杆(1)的底端相接触。5.根据权利要求1所述一种断电保持三自由度压电指向调整装置，其特征在于：所述驱动压电叠堆(9)竖向布置，且与两个制动压电叠堆(12)的长度方向平行或垂直；所述微位移放大结构(B)为二级杠杆放大结构(40)，该二级杠杆放大结构(40)与支撑体(D)相连，驱动压电叠堆(9)的一端与二级杠杆放大结构(40)的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明，王伟祥，曲建俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23