可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置及方法制造方法及图纸

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；当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Y方向平动；Z方向偏转机构位于底部，由安装基板和两个带预压力的压电堆组成，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；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置及方法
本专利技术属于精密仪器
，具体涉及一种可实现平动和转动的三自由度压电陶瓷驱动调节装置及调节方法。
技术介绍
随着航天通讯技术、超精密加工技术等高新技术的迅速发展，高精度姿态调节机构在目标扫描探测、跟踪、瞄准以及天文望远镜、图像稳定控制、航天器通讯精确指向等方面得到了广泛应用，并发挥着日益重要的作用。以音圈电机为核心器件的电磁类作动装置，往往具有体积大，工作时有电磁泄漏，且位置保持时功耗大、发热严重等不足。基于传统摩擦铰链的连接方式，存在传动精度低、器件磨损等缺点。传统的位移放大机构经压电陶瓷驱动后会存在位移耦合现象，这将严重影响了姿态调节机构的精度。压电作动器具有尺寸小、重量轻、功耗低、响应快、作动精度高、输出力大、发热小等特点，广泛应用于高精度调节和作动机构中。基于柔性铰链的传动基于结构的弹性变形，传动精度高，无摩擦，无需润滑等优点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置及调节方法，不仅能够使所驱动的目标独立沿X、Y方向平动，而且也可沿Z方向偏转；该装置具有重量轻、无机械摩擦、能快速响应、位移无相互耦合、三自由度独立调整的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种可实现平动和转动的三自由度压电驱动调节装置，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号本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖瑞江，徐明龙，敬子建，邵妍，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61