[发明专利]非对称柔性铰链压电旋转定位平台及其驱动方法

权利要求书

1.一种非对称柔性铰链压电旋转定位平台，其特征在于：旋转定位平台包括基础单元（1）、驱动单元（2）、转子（3）三部分；所述的基础单元（1）由中心轴（1-1）、底座（1-2）和手动精密平移台（1-3）组成；所述的手动精密平移台（1-3）用于调节驱动单元（2）与转子（3）之间的接触间隙；所述的驱动单元（2）包括非对称柔性铰链机构（2-1）和压电叠堆（2-2）；所述的非对称柔性铰链机构（2-1）由左夹持臂（2-1-1）、半圆形柔性环节II（2-1-2）、半圆形柔性环节I（2-1-3）、右夹持臂（2-1-4）以及平行导向铰链（2-1-5）组成；左夹持臂（2-1-1）设置在非对称柔性铰链机构（2-1）的左上端，半圆形柔性环节II（2-1-2）设置在左夹持臂（2-1-1）的根部，右夹持臂（2-1-4）设置在非对称柔性铰链机构（2-1）的右上端；半圆形柔性环节I（2-1-3）上下两端分别连接左右夹持臂与平行导向铰链（2-1-5）；所述的压电叠堆（2-2）通过过盈配合安装于非对称柔性铰链机构（2-1）的凹槽中；所述的转子（3）选用深沟球轴承，其内圈通过过盈配合安装在中心轴（1-1）上。

2.基于权利要求1的一种非对称柔性铰链压电旋转定位平台的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）将整机装配完成后，首先调节手动精密平移台（1-3），使非对称柔性铰链机构（2-1）的左夹持臂（2-1-1）和右夹持臂（2-1-4）逐渐接近转子（3）的外圈表面；非对称柔性铰链机构（2-1）与转子（3）之间的接触间隙是影响定位平台输出性能的重要参数，可根据实际应用需求通过调节手动精密平移台（1-3）进行调整，如需高速运动，可设置较大的间隙；如需高的输出力矩，可减小接触间隙；

b）给压电叠堆（2-2）施加梯形波驱动电压，压电叠堆（2-2）在逆压电效应的作用下，得电先缓慢伸长；在这个过程中，压电叠堆（2-2）逐步推动非对称柔性铰链机构（2-1），使其中的平行导向铰链（2-1-5）发生弹性变形，带动半圆形柔性环节I（2-1-3）先产生直线运动，从而使非对称柔性铰链机构（2-1）逐步夹紧转子（3）；由于左夹持臂（2-1-1）中存在半圆形柔性环节II（2-1-2），其刚度小于右夹持臂（2-1-4），随着驱动电压的进一步增大，左夹持臂（2-1-1）将发生弯曲变形，导致左右夹持臂变形的非对称，进而使得左夹持臂（2-1-1）和右夹持臂（2-1-4）整体将绕着半圆形柔性环节I（2-1-3）产生逆时针微小转动，以上弹性变形最终实现右夹持臂（2-1-4）带动转子（3）实现逆时针转动；之后，驱动电压保持在高电压状态一段时间后迅速下降至零，非对称柔性铰链机构（2-1）和压电叠堆（2-2）快速回复到初始状态，为下一个驱动循环做准备；

c）若要实现顺时针旋转运动，只需将步骤b）中施加到压电叠堆（2-2）的控制电压改变为反向梯形波驱动电压，之后重复步骤b）即可；在接触间隙一定时，转子（3）的转速可以通过调节压电叠堆（2-2）的驱动电压幅值和频率实现调控。