[发明专利]一种两自由度压电驱动平台及其设计方法

说明书

本发明公开了一种两自由度压电驱动平台及其设计方法。所述两自由度压电驱动平台包括支链l1、支链l2和支链l3，所述支链l1的A1处与定平台(1)固定连接，所述支链l1的B1处通过球副S1与动平台(2)相连接，所述支链l2的A2处通过虎克铰U与定平台(1)相连，所述支链l2的B2处通过球副S2与动平台(2)相连，所述支链l3的A3处通过转动副R与定平台(1)连接，所述支链l3的B3处通过球副S3与动平台(2)相连接，所述支链l3的中间套接移动副P。本发明解决了传统电磁式电机、液压驱动的弊端以及目前并联机构定位精度欠佳、体积减小困难等问题，该机构具有小体积、高动态、大行程、高精度的特点。

技术领域

本发明属于压电驱动技术领域；具体涉及一种两自由度压电驱动平台及其设计方法。

背景技术

近年来，随着精密超精密加工、精密光学、生命科学与技术、微电子器件、精密测量、智能器件等领域的高速发展，可以实现大尺度和纳米级定位精度的驱动装置成为制约上述技术领域进一步发展的瓶颈，并受到了广泛的关注和研究。传统的电磁驱动技术虽然已经十分成熟，但其存在着定位精度不足、响应速度较慢以及电磁干扰严重等难以解决的问题，因此新型的压电驱动技术得到了快速的发展。压电驱动技术主要利用压电材料的逆压电效应实现电能向机械能的转换，由于压电驱动技术的原理特点，它具有结构设计灵活多样、无电磁干扰、响应速度快、定位精度高等优势，并在生物医疗器械、航空航天、微纳操作等领域得到了成功的应用。

该压电驱动平台可作为航空、航天、雷达等领域中进行仿真和测试的关键设备，在飞行器的研制过程中，起着极其重要的作用。同时采用霍尔元件对平台转动角度进行检测，构成反馈，以此来进行控制。

发明内容

本发明提供了一种两自由度压电驱动平台及其设计方法，解决了传统电磁式电机、液压驱动的弊端以及目前并联机构定位精度欠佳、体积减小困难等问题，该机构具有小体积、高动态、大行程、高精度的特点。

本发明通过以下技术方案实现：

一种两自由度压电驱动平台，所述两自由度压电驱动平台包括支链l1、支链l2和支链l3，所述支链l1的A1处与定平台1固定连接，所述支链l1的B1处通过球副S1与动平台2相连接，所述支链l2的A2处通过虎克铰U与定平台1相连，所述支链l2的B2 处通过球副S2与动平台2相连，所述支链l3的A3处通过转动副R与定平台1连接，所述支链l3的B3处通过球副S3与动平台2相连接，所述支链l3的中间套接移动副P。

进一步的，所述支链l2的A2处的虎克铰U、支链l3的A3处的转动副R分别有一个转动中心轴线过A1处的中心。

一种两自由度压电驱动平台的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：

步骤1：对压电驱动平台计算自由度；

步骤2：基于步骤1的自由度进行运动学分析；

步骤3：基于步骤2的运动学分析建立约束方程：

步骤4：基于步骤3的约束方程确定位置矢量；

步骤5：根据步骤4的位置矢量确定支链长度；

步骤6：由步骤5的支链长度确定步骤2的运动学方程；

步骤7：求解步骤6的运动学方程，验证压电驱动平台无奇异。

进一步的，所述步骤1对压电驱动平台计算自由度具体为，

采用K-G公式计算自由度：

式中：n为构件数；m为运动副数；为个运动副自由度之和。

分析该UPS-RPS-S并联结构可知n＝6，g＝7，则有

F＝6(6-7-1)+14＝2