[发明专利]可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置及方法

摘要

一种可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置及方法，该装置由X方向平动机构、Y方向平动机构、Z方向偏转机构以及载物平台组成；X方向平动机构和Y方向平动机构原理类似，均对称布置菱形位移放大机构、杠杆位移放大机构和导向机构，X方向平动机构和Y方向平动机构通过基座凹槽垂直安装；当X方向平动机构或Y方向平动机构的一对压电堆在大小相等方向相反的电压下，平台沿X方向平动或沿Y方向平动；Z方向偏转机构位于底部，当Z方向偏转机构内的压电堆在大小和方向相同的电压下输出Z方向偏转；本发明由于导向机构的存在，使得平台沿X方向的平动和沿Y方向的平动解耦；且整个装置无机械摩擦，可实现三自由度高精度独立调节。

主权项

1.一种可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置，其特征在于：包括载物平台(5)，位于载物平台(5)四周侧面的X方向第一平动机构(1)和X方向第二平动机构(3)、Y方向第一平动机构(2)和Y方向第二平动机构(4)以及位于载物平台(5)底部的Z方向偏转机构(6)；其中X方向第一平动机构(1)和X方向第二平动机构(3)关于平面YOZ对称，Y方向第一平动机构(2)和Y方向第二平动机构(4)关于平面XOZ对称，Z方向偏转机构(6)位于XOY平面内；所述X方向第一平动机构(1)和X方向第二平动机构(3)的结构相同，通过具有较大刚度的金属框形成的X方向基座(1‑1)连接；其中，所述X方向第一平动机构(1)包括X方向第一菱形位移放大机构、X方向第一杠杆位移放大机构和X方向第一导向机构，所述X方向第一菱形位移放大机构由菱形框架和设置在菱形框架长轴两端内的带预压力的第一Y方向压电堆(1‑5)组成；X方向第一杠杆位移放大机构由位于X方向基座(1‑1)端部凹槽内的X方向第一质量块(1‑4)以及位于X方向基座(1‑1)端部外的X方向第一1号杠杆(1‑3)和X方向第一2号杠杆(1‑6)组成；X方向第一导向机构由位于X方向第一菱形位移放大机构菱形框架长轴两端的X方向第一1号导向杆(1‑2)和X方向第一2号导向杆(1‑7)组成；其中菱形框架的短轴两端分别与X方向基座(1‑1)和X方向第一质量块(1‑4)的一端相固定；X方向第一1号杠杆(1‑3)的两端分别与X方向第一1号导向杆(1‑2)和X方向第一质量块(1‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的杠杆支点与X方向基座(1‑1)通过柔性铰链连接，X方向第一1号导向杆(1‑2)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；同样，与X方向第一1号杠杆(1‑3)关于XOZ平面对称的X方向第一2号杠杆(1‑6)的两端分别与X方向第一2号导向杆(1‑7)和X方向第一质量块(1‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的支点与X方向基座(1‑1)通过柔性铰链连接，X方向第一2号导向杆(1‑7)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；所述X方向第一1号导向杆(1‑2)、X方向第一1号杠杆(1‑3)、X方向第一2号杠杆(1‑6)、X方向第一2号导向杆(1‑7)和载物平台(5)的一侧面围成矩形框架，所述X方向第一菱形位移放大机构位于矩形框架内；所述X方向第二平动机构(3)包括X方向第二菱形位移放大机构、X方向第二杠杆位移放大机构和X方向第二导向机构，所述X方向第二菱形位移放大机构由菱形框架和设置在菱形框架长轴两端内的带预压力的第二Y方向压电堆(3‑5)组成；X方向第二杠杆位移放大机构由位于X方向基座(1‑1)端部凹槽内的X方向第二质量块(3‑4)以及位于X方向基座(1‑1)端部外的X方向第二1号杠杆(3‑3)和X方向第二2号杠杆(3‑6)组成；X方向第二导向机构由位于X方向第二菱形位移放大机构菱形框架长轴两端的X方向第二1号导向杆(3‑2)和X方向第二2号导向杆(3‑7)组成；其中菱形框架的短轴两端分别与X方向基座(1‑1)和X方向第二质量块(3‑4)的一端相固定；X方向第二1号杠杆(3‑3)的两端分别与X方向第二1号导向杆(3‑2)和X方向第二质量块(3‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的杠杆支点与X方向基座(1‑1)通过柔性铰链连接，X方向第二1号导向杆(3‑2)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；同样，与X方向第二1号杠杆(3‑3)关于XOZ平面对称的X方向第二2号杠杆(3‑6)的两端分别与X方向第二2号导向杆(3‑7)和X方向第二质量块(3‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的支点与X方向基座(1‑1)通过柔性铰链连接，X方向第二2号导向杆(3‑7)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；所述X方向第二1号导向杆(3‑2)、X方向第二1号杠杆(3‑3)、X方向第二2号杠杆(3‑6)、X方向第二2号导向杆(3‑7)和载物平台(5)的一侧面围成矩形框架，所述X方向第二菱形位移放大机构位于矩形框架内；所述Y方向第一平动机构(2)和Y方向第二平动机构(4)的结构相同，通过具有较大刚度的金属框形成的Y方向基座(2‑1)连接；其中：所述Y方向第一平动机构(2)包括Y方向第一菱形位移放大机构、Y方向第一杠杆位移放大机构和Y方向第一导向机构，所述Y方向第一菱形位移放大机构由菱形框架和设置在菱形框架长轴两端内的带预压力的第一X方向压电堆(2‑5)组成；Y方向第一杠杆位移放大机构由位于Y方向基座(2‑1)端部凹槽内的Y方向第一质量块(2‑4)、以及位于Y方向基座(2‑1)端部外的Y方向第一1号杠杆(2‑3)和Y方向第一2号杠杆(2‑6)组成；Y方向第一导向机构由位于Y方向第一菱形位移放大机构菱形框架长轴两端的Y方向第一1号导向杆(2‑2)和Y方向第一2号导向杆(2‑7)组成；其中菱形框架的短轴两端分别与Y方向基座(2‑1)和Y方向第一质量块(2‑4)的一端相固定；Y方向第一1号杠杆(2‑3)的两端分别与Y方向第一1号导向杆(2‑2)和Y方向第一质量块(2‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的杠杆支点与Y方向基座(2‑1)通过柔性铰链连接，Y方向第一1号导向杆(2‑2)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；同样，与Y方向第一1号杠杆(2‑3)关于YOZ平面对称的Y方向第一2号杠杆(2‑6)的两端分别与Y方向第一2号导向杆(2‑7)和Y方向第一质量块(2‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的支点与Y方向基座(2‑1)通过柔性铰链连接，Y方向第一2号导向杆(2‑7)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；所述Y方向第一1号导向杆(2‑2)、Y方向第一1号杠杆(2‑3)、Y方向第一2号杠杆(2‑6)、Y方向第一2号导向杆(2‑7)和载物平台(5)的一侧面围成矩形框架，所述Y方向第一菱形位移放大机构位于矩形框架内；所述Y方向第二平动机构(4)包括Y方向第二菱形位移放大机构、Y方向第二杠杆位移放大机构和Y方向第二导向机构，所述Y方向第二菱形位移放大机构由菱形框架和设置在菱形框架长轴两端内的带预压力的第二X方向压电堆(4‑5)组成；Y方向第二杠杆位移放大机构由位于Y方向基座(2‑1)端部凹槽内的Y方向第二质量块(4‑4)、以及位于Y方向基座(2‑1)端部外的Y方向第二1号杠杆(4‑3)和Y方向第二2号杠杆(4‑6)组成；Y方向第二导向机构由位于Y方向第二菱形位移放大机构菱形框架长轴两端的Y方向第二1号导向杆(4‑2)和Y方向第二2号导向杆(4‑7)组成；其中菱形框架的短轴两端分别与Y方向基座(2‑1)和Y方向第二质量块(4‑4)的一端相固定；Y方向第二1号杠杆(4‑3)的两端分别与Y方向第二1号导向杆(4‑2)和Y方向第二质量块(4‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的杠杆支点与Y方向基座(2‑1)通过柔性铰链连接，Y方向第二1号导向杆(4‑2)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；同样，与Y方向第二1号杠杆(4‑3)关于YOZ平面对称的Y方向第二2号杠杆(4‑6)的两端分别与Y方向第二2号导向杆(4‑7)和Y方向第二质量块(4‑4)通过柔性铰链连接，两端之间的支点与Y方向基座(2‑1)通过柔性铰链连接，Y方向第二2号导向杆(4‑7)的另一端与载物平台(5)通过柔性铰链连接；所述Y方向第二1号导向杆(4‑2)、Y方向第二1号杠杆(4‑3)、Y方向第二2号杠杆(4‑6)、Y方向第二2号导向杆(4‑7)和载物平台(5)的一侧面围成矩形框架，所述Y方向第二菱形位移放大机构位于矩形框架内；所述Z方向偏转机构(6)包括安装基板(6‑1)，与安装基板(6‑1)通过柔性铰链连接的第一Z方向偏转梁(6‑2)和第二Z方向偏转梁(6‑5)，位于第一Z方向偏转梁(6‑2)和第二Z方向偏转梁(6‑5)间并通过柔性铰链连接的Z方向偏转块(6‑4)；Z方向偏转块(6‑4)无铰链的两侧为安装凹槽；带预压力的第三X方向压电堆(6‑3)和第四X方向压电堆(6‑6)安装在安装基板(6‑1)内，一端嵌入安装基板(6‑1)内，另一端分别安装在通过柔性铰链与第一Z方向偏转梁(6‑2)和第二Z方向偏转梁(6‑5)连接的凹槽内；所述X方向基座(1‑1)内部的凹槽用于与Y方向基座(2‑1)安装配合，底部凹槽用于与Z方向偏转机构(6)上的Z方向偏转块(6‑4)安装配合；所述载物平台(5)上表面为物体安装平面，留安装孔与搭载物体进行安装。