[发明专利]基于双弧形逆挠曲电作动部件的二维精密作动平台及方法

说明书

一种基于双弧形逆挠曲电作动部件的二维精密作动平台及方法，该作动平台包括沿x轴方向放置的一组双弧形挠曲电驱动结构，沿y轴方向放置的一组双弧形挠曲电驱动结构，输出平台，用于固定驱动结构的外框以及防尘盖；挠曲电驱动结构都是采用挠曲电材料加工为上下内凹的双弧形曲面结构，双弧形上下表面分别铺设两对电极，两对电极关于双弧形中间面左右对称，双弧形结构又可以作为柔性导轨保证输出的可靠性；这种独特的造型和电极铺设方式可以使得挠曲电驱动机构根据施加电压的不同实现不同角度的偏转以及直线位移的输出；本发明通过将驱动部件与结构部件融为一体，既实现了逆挠曲电效应的同时又提供了多种加载及位移输出方案，同时具有结构简单，体积小，重量轻的特点。

技术领域

本发明涉及一种二维精密作动平台，具体涉及一种基于双弧形逆挠曲电作动部件的二维精密作动平台及方法。

背景技术

二维精密作动平台在卫星指向、激光通讯、微观材料工程等领域有着广泛的应用，现阶段大多数二维精密作动平台采用具备良好微位移输出特性的压电材料作为输出部件，但压电材料具有居里温度，极化效应会随时间衰减，位移输出量级最高在亚纳米量级等问题，在一定程度上限制了作动平台输出的精密性。逆挠曲电效应是由电场梯度导致结构应变，存在于几乎所有电介质材料中，不需要极化，不存在居里温度，输出量级在皮米范围，因此可以作为极高精度作动的一种新方法，如何通过设计材料结构实现电场梯度的施加一直是逆挠曲电效应实施的重点研究问题之一。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明的目的在于提供一种基于双弧形逆挠曲电作动部件的二维精密作动平台及方法，不但可以通过对驱动原件的结构设计实现电场梯度从而实现逆挠曲电效应，并且整个偏转平台避免了复杂的传动部件等，具有结构简单、体积小、位移输出精读极高的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于双弧形逆挠曲电作动部件的二维精密作动平台，包括输出平台5，位于输出平台5两侧沿x轴方向放置的第一双弧形挠曲电驱动结构1和第二双弧形挠曲电驱动结构2，位于输出平台5另外两侧沿y轴方向放置的第三双弧形挠曲电驱动结构3和第四双弧形挠曲电驱动结构4，用于固定驱动结构的外框6以及防尘盖7。

所述第一双弧形挠曲电驱动结构1、第二双弧形挠曲电驱动结构2、第三双弧形挠曲电驱动结构3和第四双弧形挠曲电驱动结构4结构相同均采用挠曲电材料加工为上下内凹的双弧形曲面结构，从机械设计角度来说类似柔性铰链，双弧形上下表面分别铺设两对电极，两对电极关于柔性铰链中间面左右对称；使得挠曲电驱动结构根据施加电压的不同实现不同角度的偏转以及直线位移的输出。

当给每一个双弧形挠曲电驱动结构施加电压时，双弧形挠曲电驱动结构上的电场具有电场梯度，具备了实现逆挠曲电效应的条件，从而挠曲电材料能够输出一个微小位移；每一对x轴方向或y轴方向放置的双弧形挠曲电驱动结构不作动时都相当于一对柔性铰链，能够辅助垂直方向上的位移，提高了输出的可靠性。

所述输出平台5与沿x轴方向放置的第一双弧形挠曲电驱动结构1和第二双弧形挠曲电驱动结构2，沿y轴方向放置的第三双弧形挠曲电驱动结构3和第四双弧形挠曲电驱动结构4为一体化加工，使得平台整体结构简单，体积小，避免了可能出现的机械间隙。

整个平台的驱动结构沿输出平台横向布置，而非垂直于平台布置，这样由横向输出上下偏转或直线的位移，使得驱动结构与输出平台布置在同一平面即能实现偏转平移输出，二维运动平台在高度方向上的尺寸有效减小，重量也有效减轻。