基于压电直线作动器的二自由度稳像机构的研究

发布时间：2020-07-11 16:27

【摘要】：光学成像产品在军事和社会领域中的广泛应用对稳像技术也提出了越来越高的要求,稳像系统在不断向小型化、集成化、智能化方向发展。非共振式压电直线作动器具有精度高、响应快、推重比大等特点,在精密仪器、航空航天、生物医疗等领域有广泛的应用。以压电直线作动器作为光学稳像系统中的伺服驱动器可以明显提高稳像系统的定位精度和响应速度,提高系统抗过载能力,易于小型化。本文以压电叠堆为作动元件,利用三角位移放大原理设计了一种双向作动大行程压电直线作动器,并基于此压电作动器设计了驱动光学元件的二自由度平台。主要研究工作如下:对课题所用的压电叠堆的输出特性进行了实验研究;利用正压电效应标定了压电叠堆所受的预紧力和产生电压的关系。介绍了基于三角位移放大原理的两种位移放大机构:伸张式三角位移放大机构和收缩式位移放大机构。在压电叠堆两端电压增加产生伸长位移时,伸张式位移放大机构发生伸张变形,收缩式位移放大机构发生收缩变形,两种位移放大机构产生的输出位移方向相反。设计了一种双向作动大行程的压电直线作动器,作动器由一个伸张式位移放大机构和一个收缩式位移放大机构串联组成,其中伸张式位移放大机构的一端固定,收缩式位移放大机构的另一端为自由端;基于此压电直线作动器设计了一个二自由度平台来对作动器性能进行实验验证。实验结果表明,在峰峰值电压120 V的正弦信号激励下,压电直线作动器的输出位移为67μm,对压电叠堆的伸长有很好的放大效果,其能够在低压低频的环境下进行双向主动作动,且输出位移随电压的变化而线性增大。设计了一体化高刚度的二自由度稳像机构,增加了高刚度的运动导向机构且改变了压电直线作动器的布置方式。加工出样机并进行了实验验证。实验数据表明:高刚度运动导向机构对压电作动器的输出位移大小有一定的抑制作用,但作动器对压电叠堆的放大效果依然较好且作动器的动态特性不受影响。改变作动器的布置方式使两个互相垂直方向上的作动器位移耦合由2.8μm减少到1.3μm,达到了设计目的。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：

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图 1.4 声表面波原理图宽和指间距为100μm，由于被激振体表面颗粒运摩擦，在动子表面添加了许多直径为20μm的突图 1.5 声表面波电机及其动子照片发出弹性机构多个振动模态如伸缩、弯曲和扭转动动子作动。图 1.6 和 1.7 为前苏联的 Bansiavicotion 公司的一款作动器产品。

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图 1.5 声表面波电机及其动子照片激发出弹性机构多个振动模态如伸缩、弯曲和扭转推动动子作动。图 1.6 和 1.7 为前苏联的 Bansiavichomotion 公司的一款作动器产品。模态复合电机图 1.7 Nanomot空航天大学的赵淳生和金家楣等提出的基于方板面正交的二阶弯振模态，在板面的凸齿（驱动足）上定子弹簧

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由于被激振体表面颗粒运动振幅为纳米级，为了了许多直径为20μm的突起，如图 1.5 所示。电机及其动子照片模态如伸缩、弯曲和扭转，将多个模态组合之后1.7 为前苏联的 BansiavichusR.提出的一种多模态产品。

【参考文献】