[发明专利]一种多模式混合驱动二维并联运动平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多模式混合驱动二维并联运动平台及其控制方法，包括偏转台，用于约束偏转台径向运动的周向柔性约束结构，沿偏转台轴向运动的4个具有相同结构的多模式压电作动器。所述多模式压电作动器由第一断电箝位机构，第二断电箝位机构，压电线性推进组组成，位移输出杆组成。所述第一断电箝位机构由第一箝位压电堆及第一箝位簧片组成，由第二箝位压电堆及箝位簧片组成。所述线性推进组由线性推进压电堆及弹性回复簧片组成。该二维平台通过结构设计与控制方式分别实现线性及步进两种工作模式，从而赋予二维平台工作行程大，指向精度高，并可实现断电箝位等特点，有望满足未来二维平台应用需求。

技术领域

本发明涉及二维并联运动平台的技术领域，具体涉及一种多模式混合驱动二维并联运动平台及其控制方法。

背景技术

二维并联运动平台是光学系统中必不可少的一部分，通过采用反射镜面在光源和接收器之间精确控制光束方向，既可以用来在自适应光学系统中校正光路中的倾斜误差，也可以用来稳定光束线的指向。随着大型复杂光学系统逐步迈出实验室走向各种复杂应用场景，如今的应用场景对二维平台工作范围，指向精度，环境适应性等技术要求不断提升，而基于传统线性作动器(Linear actuators)的二维并联运动平台虽然具有较高的响应带宽，但是受制于传感器极限分辨率及组成二维平台的作动器行程，目前的二维并联运动平台难以同时满足大工作行程及高指向精度两项技术要求，压电步进原理是依据蠕虫的仿生学形态对作动器进行设计，通过微位移累积从而赋予作动器较大工作范围的一种步进作动器(Stepping actuators)，将该技术用于未来复杂光学系统中的二维平台设计中，可有效解决二维平台大工作行程与指向精度间的矛盾。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多模式混合驱动二维并联运动平台，该二维平台通过结构设计与控制方式分别实现线性及步进两种工作模式，从而赋予二维平台工作行程大，指向精度高，并可实现断电箝位(Power off clamping)等特点，有望满足未来二维平台应用需求。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：一种多模式混合驱动二维并联运动平台，包括偏转台1，用于约束偏转台径向运动的周向柔性约束结构2，沿偏转台1轴向运动的4个具有相同结构的多模式压电作动器，分别为第一多模式压电作动器3，第二多模式压电作动器4，第三多模式压电作动器5及第四多模式压电作动器6。

所述多模式压电作动器由第一断电箝位机构3-1，第二断电箝位机构3-2，压电线性推进组3-3组成，位移输出杆3-4组成。所述第一断电箝位机构3-1由第一箝位压电堆3-1-1及第一箝位簧片3-1-2组成，第二断电箝位机构3-2与第一断电箝位机构3-1具有相同结构，由第二箝位压电堆3-2-1及箝位簧片3-2-2组成。所述线性推进组3-3由线性推进压电堆3-3-1及弹性回复簧片3-3-2组成。

该二维平台由于采用混合驱动方式，因此具有三如下种工作模式：

工作模式一：当二维平台需要小范围快速高精度偏转时，进入线性工作模式：此时对第二断电箝位机构3-2通电，同时第二箝位压电堆3-2-1通电伸长，顶起第二箝位簧片3-2-2使其解除箝位状态。而此时第一断电箝位机构3-1仍然处于断电箝位状态，因此多模式压电作动器此时仅通过线性推进组3-3通过位移输出杆3-4驱动偏转台实现偏转。此时线性推进组3-3的作用相当于线性作动器，虽然工作范围较小，但可赋予二维平台较高指向精度。

工作模式二：当二维平台偏转姿态需要持续稳定在某一特定角度时，所述4个具有相同结构的多模式压电作动器均通过所述第一断电箝位机构3-1及第二断电箝位机构3-2处于断电箝位状态而保持其位置不变，从而使二维平台在断电时可保持其偏转姿态。

工作模式三：当二维平台需要大范围工作时，进入步进工作模式，通过所述4个多模式压电作动器的多模式蠕动进行运动累积从而实现二维平台的大范围偏转，所述4个多模式压电作动器的多模式运动累积方式如下：