一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,包括底座及固连于其上的带有双轴柔性铰链的微角摆平台,还包括分布于微角摆平台和底座间的第一柔性位移放大机构、第二柔性位移放大机构、第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构,在第一柔性位移放大机构、第二柔性位移放大机构、第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构内部分别安装有第一压电堆、第二压电堆、第三压电堆和第四压电堆,第一柔性位移放大机构和第二柔性位移放大机构相对布置组成第一作动器组,第三柔性位移放大机构和第四柔性位移放大机构相对布置组成第二作动器组,第一作动器组和第二作动器组工作面相垂直;具有高角分辨率的同时,还具备体积小、重量轻的特点。
1.一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,包括底座(2)以及固定连接连于底座(2)上的带有双轴柔性铰链(3)的微角摆平台(1),其特征在于:还包括分布于微角摆平台(1)和底座(2)间的与微角摆平台(1)下表面相接触并固连于底座(2)上的第一柔性位移放大机构(5)、第二柔性位移放大机构(6)、第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8),在所述第一柔性位移放大机构(5)、第二柔性位移放大机构(6)、第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)内部分别安装有第一压电堆(9)、第二压电堆(10)、第三压电堆(11)和第四压电堆(12),所述第一柔性位移放大机构(5)和第二柔性位移放大机构(6)相对布置组成第一作动器组(13),所述第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)相对布置组成第二作动器组(14),所述第一作动器组(13)和第二作动器组(14)的工作面相互垂直,即每个柔性位移放大机构与其相邻的两个柔性位移放大机构相垂直。
2.根据权利要求1所述的基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,其特征在于:所述第一柔性位移放大机构(5)、第二柔性位移放大机构(6)、第三柔性位移放大机构(7)和第四柔性位移放大机构(8)均为非对称位移放大机构。技术领域
本发明涉及一种微角摆平台,具体涉及一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台。
背景技术
近年来随着微电子技术、生物工程、航天工程等学科的迅速发展,微角度作动平台在天文望远镜、图像稳定、复合轴精密跟踪、瞄准光学系统中有着日益重要而广泛的应用。目前,微角度作动平台多数是基于柔性铰链,因此具有零摩擦、零间隙的固有特征,从而实现了亚微弧度的转角分辨率。而由于其应用环境的特殊性,往往还要求具有体积小,重量轻的特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,在具有高的角分辨率的同时,还具备体积小、重量轻的特点。为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,包括底座2以及固定连接连于底座2上的带有双轴柔性铰链3的微角摆平台1,还包括分布于微角摆平台1和底座2间的与微角摆平台1下表面相接触并固连于底座2上的第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8,在所述第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8内部分别安装有第一压电堆9、第二压电堆10、第三压电堆11和第四压电堆12,所述第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6相对布置组成第一作动器组13,所述第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8相对布置组成第二作动器组14,所述第一作动器组13和第二作动器组14的工作面相互垂直,即每个柔性位移放大机构与其相邻的两个柔性位移放大机构相垂直。所述第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8均为非对称位移放大机构。本发明和现有技术相比,具有如下优点:由于每个柔性位移放大机构与其相邻的两个柔性位移放大机构相垂直,即第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8呈风车形分布,这有助于在缩短柔性位移放大机构和微角摆平台1的接触点与微角摆平台2的转动中心的距离L。柔性位移放大机构均为非对称位移放大机构,在同样的距离L下,相比对称式位移放大机构增加了位移放大比。因此使得该作动平台具有更大的角度调节范围,同时减小了该作动平台的体积和质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图,其中图1A为主视图,图1B为侧视图,图1C为俯视图。图2为微角摆平台的结构示意图。图3为位移放大机构及压电堆的结构示意图。图4为本发明工作原理图。图5为角度调节原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。如图1所示,本发明一种基于非对称桥式柔性位移放大机构的双轴微角摆平台,包括底座2以及固定连接连于底座2上的带有双轴柔性铰链3的微角摆平台1,还包括分布于微角摆平台1和底座2间的与微角摆平台1下表面相接触并固连于底座2上的第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8,在所述第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8内部分别安装有第一压电堆9、第二压电堆10、第三压电堆11和第四压电堆12,所述第一柔性位移放大机构5和第二柔性位移放大机构6相对布置组成第一作动器组13,所述第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8相对布置组成第二作动器组14,所述第一作动器组13和第二作动器组14的工作面相互垂直,即每个柔性位移放大机构与其相邻的两个柔性位移放大机构相垂直。如图2所示,为微角摆平台的结构示意图,包括平台1,平台1下带有双轴柔性铰链3,上述结构采取精密慢走丝线切割起床一体加工而成。如图3所示,为位移放大机构及压电堆的结构示意图,图中为第一柔性位移放大机构5和其内安装的第一压电堆9,作为本发明的优选实施例,从图3可以看出,第一柔性位移放大机构5为非对称位移放大机构。其他柔性位移放大机构的结构相同。本发明的工作原理为:当施加在第一压电堆9上的电压增加时,将导致第一压电堆9伸长,从而使得第一柔性位移放大机构5沿X方向的长度增加,该位移被第一柔性位移放大机构5放大后沿Y轴方向输出。反之,当施加在第一压电堆9上的电压减小时,将导致第一压电堆9缩短,在弹性回复力的作用下,第一柔性位移放大机构5沿Y轴方向的长度减小,该位移被第一柔性位移放大机构5放大后沿Y方向输出。其他柔性位移放大机构的工作原理同柔性位移放大机构。如图4所示,为本发明柔性位移放大机构的原理图,下面以第一柔性位移放大机构5为例说明。当第一压电堆9长度变化Δx时,将导致第一柔性位移放大机构5长轴长度也改变Δx,从而使其短轴长度也发生变化,改变量为Δy,且位移放大比例为ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="452"/>X₁为其长轴左半轴长度,X₂为其长轴右半轴长度,当X₁与X₂长度相等时,θ₁等于θ₂,该位移放大机构为对称式位移放大机构,且位移放大比为ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="281"/>该非对称柔性位移放大机构将长轴右半轴长度延长,θ₁大于θ₂,因此ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="560"/>位移放大比有所提高。工作时,第一柔性位移放大机构5和第一压电堆9与第二柔性位移放大机构6和第二压电堆10,共同组成第一作动器组13,以差动方式工作,即使得一个压电堆伸长,另一个压电堆等量缩短,从而导致一个柔性位移放大机构输出正向位移,另一个柔性位移放大机构输出负向并与之等量的位移,从而推动微角摆平台1,在第一作动器组13的工作面内,以双轴柔性铰链3为中心产生偏转角。第二作动器组14的工作原理与第一作动器组13的工作原理相同。推动微角摆平台1在其工作面内,以双轴柔性铰链3为中心产生偏转角。由于每个柔性位移放大机构与其相邻的两个柔性位移放大机构相垂直,即第一柔性位移放大机构5、第二柔性位移放大机构6、第三柔性位移放大机构7和第四柔性位移放大机构8呈风车形分布,这有助于在缩短柔性位移放大机构和微角摆平台1的接触点与微角摆平台2的转动中心的距离L。如图5所示,对于同样的驱动位移Δy,减小距离L,能够提高微角摆平台1的转动角度θ。同时,柔性位移放大机构为非对称位移放大机构,一方面可采用风车形布置减小距离L,另一方面,在同样的距离L下,相比对称式位移放大机构增加了位移放大比。因此使得该作动平台具有更大的角度调节范围,同时减小了该作动平台的体积和质量。