一种两自由度压电驱动平台及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113708662A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110987091.2(22)申请日2021.08.26(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人王绍凯孙连伟史维佳赵勃谭久彬(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人李恩庆(51)Int.Cl.H02N2/04(2006.01)H02N2/06(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种两自由度压电驱动平台及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种两自由度压电驱动平台及其设计方法。所述两自由度压电驱动平台包括支链l1、支链l2和支链l3，所述支链l1的A1处与定平台(1)固定连接，所述支链l1的B1处通过球副S1与动平台(2)相连接，所述支链l2的A2处通过虎克铰U与定平台(1)相连，所述支链l2的B2处通过球副S2与动平台(2)相连，所述支链l3的A3处通过转动副R与定平台(1)连接，所述支链l3的B3处通过球副S3与动平台(2)相连接，所述支链l3的中间套接移动副P。本发明解决了传统电磁式电机、液压驱动的弊端以及目前并联机构定位精度欠佳、体积减小困难等问题，该机构具有小体积、高动态、大行程、高精度的特点。CN113708662ACN113708662A权利要求书1/3页1.一种两自由度压电驱动平台，其特征在于，所述两自由度压电驱动平台包括支链l1、支链l2和支链l3，所述支链l1的A1处与定平台(1)固定连接，所述支链l1的B1处通过球副S1与动平台(2)相连接，所述支链l2的A2处通过虎克铰U与定平台(1)相连，所述支链l2的B2处通过球副S2与动平台(2)相连，所述支链l3的A3处通过转动副R与定平台(1)连接，所述支链l3的B3处通过球副S3与动平台(2)相连接，所述支链l3的中间套接移动副P。2.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台，其特征在于，所述支链l2的A2处的虎克铰U、支链l3的A3处的转动副R分别有一个转动中心轴线过A1处的中心。3.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：步骤1：对压电驱动平台计算自由度；步骤2：基于步骤1的自由度进行运动学分析；步骤3：基于步骤2的运动学分析建立约束方程：步骤4：基于步骤3的约束方程确定位置矢量；步骤5：根据步骤4的位置矢量确定支链长度；步骤6：由步骤5的支链长度确定步骤2的运动学方程；步骤7：求解步骤6的运动学方程，验证压电驱动平台无奇异。4.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征在于，所述步骤1对压电驱动平台计算自由度具体为，采用K‑G公式计算自由度：式中：n为构件数；m为运动副数；为个运动副自由度之和。分析该UPS‑RPS‑S并联结构可知n＝6，g＝7，则有F＝6(6‑7‑1)+14＝2即该机构自由度为2。5.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征在于，所述步骤2基于步骤1的自由度进行运动学分析具体为，采用RPY角的描述方式进行运动学分析，并建立如下坐标系：定坐标系为A，即o‑x1y1z1，其中x1轴为A1→A2，y1轴为A1→A3，z1轴通过右手定则确定；动坐标系为B，即o‑x2y2z2，其中x2轴为B1→B2，y2轴为B1→B3，z2轴通过右手定则确定。6.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征在于，所述步骤3基于步骤2的运动学分析建立约束方程具体为，支链l1和支链l2所形成的平面的法线与x1轴垂直；支链l1和支链l3所形成的平面的法线与y1轴垂直，且支链l1和支链l2所形成的平面与支链l1和支链l3所形成的平面垂直；则建立如下约束方程：(l1×l2)·(1,0,0)＝02CN113708662A权利要求书2/3页(l1×l3)·(0,1,0)＝0(l1×l2)·(l1×l3)＝0通过约束方程可知，该机构限制动平台绕z轴旋转。7.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征在于，所述步骤4基于步骤3的约束方程确定位置矢量具体为，设绕x轴旋转角度为绕y轴旋转角度θ，则旋转矩阵R如下：A1,A2,A3在定坐标系A下的位置矢量为：TA1＝[000]TA2＝[r00]TA3＝[0r0]B1,B2,B3在动坐标系B下的位置矢量为：TB1＝[000]TB2＝[r00]TB3＝[0r0]其中，r为结构参数，为A1A2、A1A3、B1B2和B1B3的长度；动坐标系B原点在定坐标系A中的位置矢量为：TP0＝[00z]。8.根据权利要求1所述一种两自由度压电驱动平台的设计方法，其特征