[发明专利]基于柔性铰链放大的压电微动平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电叠堆驱动的微动平台。

技术背景

作为微机电系统的关键组成部分，微动平台广泛应用于装载精密仪器或其关键部件如常见的光学镜头、精密微操终杆和微夹持器。因此，微动平台需要具有多维运动和极高的分辨率。

与静电梳齿驱动、电热驱动和形状记忆合金驱动等相比，压电叠堆驱动具有分辨率高、驱动力大、频响范围宽、响应速度快和动态特性好等优点，因而特别适合用于驱动微动平台。在微装配技术领域，经常需要使用微动平台带动微夹持器进行微米级别到毫米级别的运动，因此，微动平台应该具有大行程，此外，为了更好的进行高精度的装配，需要对微动平台的位置进行在线监测，并进行反馈控制。

现有的关于微动平台的检测，多采用视觉检测、激光传感器检测或者电容检测等方法来检测平台的位置，检测成本较高，也难以集成到微操作系统中去。

发明内容

为了克服现有技术存在的微动平台行程不够大的缺点，本发明提供了一种能够放大微驱动器的驱动位移的基于柔性铰链放大的压电微动平台。

基于柔性铰链放大的压电微动平台，包括机架和载物平台；

机架上安装微驱动器和放大微驱动器的驱动位移的放大机构；

放大机构为安装于机架上的双摇杆机构；双摇杆机构的主动摇杆远离连杆的一端设延伸段，主动摇杆延伸段的自由端抵住微驱动器；主动摇杆及其延伸段以主动摇杆与机架的铰接点为支点形成放大杠杆；连杆远离主动摇杆的一端设延伸段；

载物平台与使其沿指定方向平动的解耦机构连接，解耦机构由至少一对解耦单元组成，两个解耦单元关于载物平台中心对称；每个解耦单元由连接臂和一对柔性臂组成，每个柔性臂一端与机架铰接，另一端与连接臂铰接，连接臂的另一端与载物平台铰接；

连杆延伸段与任一解耦单元铰接。

进一步，微驱动器为压电叠堆驱动器，每个柔性臂对应位移传感器。

进一步，位移传感器为一对位置检测应变片，一对位移检测应变片分别粘接固定于柔性臂的两侧面上，每对解耦单元的位置检测应变片组成桥接电路，桥接电路通过应变放大器放大后、由A/D口通过PCI板卡传输到工控机上，工控机计算获得平台的位移，                                               ，为平台的位移，为桥接电路经应变放大器放大后的输出电压，为比例系数。

桥接电路是由每个柔性臂上选取一个位置检测应变片，四个柔性臂上的4个位置检测应变片组成一个全桥模式的桥接电路，一对解耦单元组成2个全桥模式的桥接电路。或者，桥接电路由每个解耦单元选择1个位置检测应变片与另一个解耦单元的1个位置检测应变片组成半桥模式的桥接电路，一对解耦单元组成4个半桥模式的桥接电路。

本发明在使用前，需要先校准获得比例系数k。具体做法是：先用激光传感器检测出当前平台的位移，位置检测应变片的输出电压，即可得到。

进一步，连杆延伸段尺寸大于连杆不含延伸段部分的尺寸。连杆呈L形。

进一步，解耦机构包含沿X轴向设置的一对解耦单元和沿Y轴向设置的一对解耦单元；每对解耦单元分别连接一个放大机构，每个放大机构分别对应一个微驱动器。

进一步，每个解耦单元中，连接臂由平行的一对支臂组成；连接臂、柔性臂以及放大机构的连杆延伸段均铰接于一连接件。

进一步，四个解耦单元以载物平台的中心为圆心阵列分布，相邻柔性臂铰接于机架上的同一铰链，所有柔性臂围成一个平行四边形。

进一步，载物平台呈正方形，解耦单元分别位于载物平台各边的中点，所有柔性臂等长，柔性臂围成一个正方形。

进一步，机架、双摇杆机构和平行四边形机构经线切割获得，机架和主动摇杆之间为第一切割缝隙，第一切割区域与压电叠堆驱动器间隙配合，主动摇杆延伸段与机架之间有间隙，压电叠堆驱动器通过预紧螺钉与主动摇杆延伸段接触；机架、主动摇杆、被动摇杆围成的区域为第二切割缝隙；机架、被动摇杆、连杆和柔性臂围成的区域为第三切割缝隙；柔性臂和铰链支臂之间的区域为第四切割缝隙；铰链支臂、载物平台和连接件之间的区域为第五切割间隙；被动摇杆与机架的铰链、被动摇杆与连杆的铰链、主动摇杆与连杆的铰链、主动摇杆与机架的铰链、连杆延伸段与连接件的铰链均为双切口柔性铰链， 铰链支臂与载物平台和连接件的铰接为单切口柔性铰链。