[发明专利]一种基于人字结构的平面三自由度微动装置的微动方法

说明书

一种基于人字结构的平面三自由度微动装置，由柔性铰链、三个相同的压电陶瓷、三个相同的电磁铁分别组成三个机构，其中每一个机构中，压电陶瓷一端和电磁铁紧固连接，另一端被固定于柔性铰链上；三个机构呈三等分圆周角分布，是一个轴对称结构；当该装置放置于金属底面上时，电磁铁起到锁止的作用，压电陶瓷提供输入位移，柔性铰链产生形变，经过对电磁铁和压电陶瓷两端电压的控制，能够实现该装置在金属平面上的三自由度的微小平动和转动；本发明结构简单，具有锁止功能，作动精准，能够实现在平面内的自由平动和转动。

技术领域

本发明属于微动装置，具体涉及一种基于人字结构的平面三自由度微动装置的平面三自由度微动方法。

背景技术

压电陶瓷的逆电效应，是指当压电陶瓷在极化方向加上相同方向的电场，压电陶瓷会沿极化方向伸长，故人们用压电陶瓷代替传统的滑轨齿轮等实现精密移动，利用这样的驱动方式不但增加移动的精密性，还广泛地扩展了精密微动装置的工作环境。但目前已有的平面微动装置，无论是平动或转动，都会受到结构的限制，很难实现三自由度的微动，否则，为了实现三自由度的微动，其结构和控制都会极其复杂。

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基于人字结构的平面三自由度微动装置的平面三自由度微动方法，利用三对压电陶瓷和电磁铁的相互配合实现平面上三自由度的微动，本发明结构简单，具有锁止功能，作动精准，能够实现在平面内的自由平动和转动。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于人字结构的平面三自由度微动装置，包括柔性铰链3、第一压电陶瓷1-1、第二压电陶瓷1-2、第三压电陶瓷1-3、第一电磁铁2-1、第二电磁铁2-2和第三电磁铁2-3，其中，第一压电陶瓷1-1一端和第一电磁铁2-1紧固连接，另一端被固定于柔性铰链3上形成第一个机构，第二压电陶瓷1-2一端和第二电磁铁2-2紧固连接，另一端被固定于柔性铰链3上形成第二个机构，第三压电陶瓷1-3一端和第三电磁铁2-3紧固连接，另一端被固定于柔性铰链3上形成第三个机构；三个机构呈两两中轴夹角120°分布，中心点即为柔性铰链3的中心点。

所述第一压电陶瓷1-1、第二压电陶瓷1-2、第三压电陶瓷1-3提供输入位移，并对柔性铰链3施加力；第一电磁铁2-1、第二电磁铁2-2、第三电磁铁2-3在通电后产生磁性，在磁力的作用下固定于金属底面，起到锁止的作用。

通过控制第一电磁铁2-1、第二电磁铁2-2和第三电磁铁2-3的通断电状态，能够控制每个机构末端的锁止状态；通过控制第一压电陶瓷1-1、第二压电陶瓷1-2和第三压电陶瓷1-3两端的电压，能够控制每个机构的伸长位移，在一定情况下输出的力会作用于柔性铰链，使其发生变形；由此，通过对电压的控制，各机构和柔性铰链相互配合，整个装置能够在金属底面上产生想要的平动微位移和转动微角位移。

所述的一种基于人字结构的平面三自由度微动装置的平面三自由度微动方法，当以柔性铰链3的中心为圆心，并以此点为微动输出的参考点，以第一压电陶瓷1-1的中心轴为y轴，在这个平面坐标系中，所述装置能够完成三个自由度的微动，不仅能够实现参考点在x、y方向的平动，还能够实现参考点绕任意一个机构的中轴上某个固定位置点即中轴上电磁铁与压电陶瓷的交接点的转动；

该装置最基本的作动原理如下：在初始位置，若锁止本装置的一个机构，以给第一电磁铁2-1通电锁止为例，锁止后，给第一压电陶瓷1-1通电使其伸长，然后给第二电磁铁2-2和第三电磁铁2-3通电使其锁止，再给第一电磁铁2-1断电解除锁止，给第一压电陶瓷1-1断电使其恢复原长，此时整个机构向y轴负方向平移；