【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及壓電作動器，尤其涉及一種基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺及其工作方法。
技術介紹
1、在光學指向和衛星位姿調節等領域，現有的精密多維驅動系統主要由多個單自由度的旋轉電磁電機進行驅動，通過傳動機構和減速器來傳遞多自由度運動，這些結構往往會導致結構復雜，以及累積行程誤差，難以進一步提高精度。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對
技術介紹
中所涉及到的缺陷，提供一種基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺及其工作方法。
2、本專利技術為解決上述技術問題采用以下技術方案：
3、基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，包含壓電振子、轉子、改進軸承、殼體和調節模塊；
4、所述壓電振子包含驅動棱臺、固定板、第一至第四立柱、以及第一至第八壓電陶瓷片；
5、所述驅動棱臺為正四棱臺，其上底面面積小于下底面面積，且下底面設有第一v形槽和第二v形槽；所述第一v形槽、第二v形槽在下底面中心相互垂直，將驅動棱臺的下底面分割為形狀相同的第一至第四正方形；
6、所述固定板為正方形；
7、所述第一至第四立柱結構相同，上端分別和所述驅動棱臺下底面的第一至第四正方形一一對應固連，下端均和所述固定板垂直固連，使得驅動棱臺的軸線經過固定板的中心；令第一至第四立柱外側的兩個側面按照順時針方向分別為第一至第八側面；
8、所述第一至第八壓電陶瓷片結構相同，一一對應設置在所述第一至第八側面的同一高度，均沿厚度方向極化，且極
9、所述殼體為空心正棱柱或空心圓柱，上端面中心設有用于和所述向心關節軸承配合的第一盲孔，且第一盲孔的中心設有供驅動棱臺上底面穿過的通孔；
10、所述壓電振子設置在所述殼體內，固定板固定在殼體的下端面上，且驅動棱臺和殼體同軸；
11、所述改進軸承采用去掉內圈后的深溝球軸承或去掉內圈的推力球軸承，包含外圈、保持架和若干滾珠；
12、所述轉子包含輸出平臺、連接柱和驅動球缺，其中，所述連接柱成圓柱狀，驅動球缺為呈球缺狀的空心球面；所述連接柱的下端和所述驅動球缺的外壁的中心固連，上端和所述輸出平臺的中心垂直固連，且連接柱的軸線經過所述驅動球缺的球心；所述驅動球缺的底面的半徑大于改進軸承原內圈的外徑，小于改進軸承外圈的內徑；
13、所述向改進軸承的外圈和所述殼體上端面的第一盲孔間隙配合，能夠相對殼體上下自由滑動，
14、所述驅動球缺開口朝下，其內壁和所述驅動棱臺的上端面相抵，外壁和所述改進軸承的各個滾珠相抵；所述輸出平臺、連接柱均位于所述殼體外；
15、所述調節模塊包含連接筒、調節端蓋和碟簧；
16、所述連接筒為兩端開口的空心圓柱體，套在所述改進軸承外，下端和所述殼體的上端面同軸固連；所述連接筒的外壁上設有外螺紋；
17、所述調節端蓋呈圓柱狀，其下端面中心設有用于和所述連接筒外壁上的螺紋相配合的螺紋盲孔，且螺紋盲孔的中心設有用所述轉子輸出軸伸出的通孔；
18、所述碟簧設置在調節端蓋和向心關節軸承之間，一端和所述改進軸承的外圈相抵，另一端和所述螺紋盲孔的底面相抵；
19、所述調節端蓋和所述連接筒螺紋相連，用于通過所述碟簧調節驅動球缺和驅動棱臺之間的預壓力。
20、作為本專利技術基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺進一步的優化方案，所述壓電振子采用鈦合金、鋁合金、黃銅中的任意一種制成。
21、作為本專利技術基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺進一步的優化方案，所述第一至第八壓電陶瓷片通過環氧樹脂膠一一對應設粘貼在所述第一至第八側壁上。
22、本專利技術還公開了一種該基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺的工作方法，包含以下步驟：
23、以壓電振子的重心為笛卡爾坐標系原點，經過原點且與第二壓電陶瓷片的極化方向平行的軸為x軸，經過原點且與第一壓電陶瓷片的極化方向平行的軸為y軸，殼體的軸線為z軸；
24、如果需要驅動轉子繞x軸正向旋轉：
25、對第四、第五壓電陶瓷片施加第一激勵信號，對第一、第八壓電陶瓷片施加第二激勵信號，對第二、第三、第六、第七壓電陶瓷片施加第三激勵信號，第一至第三激勵信號均為同頻同幅的交流諧波信號，第一激勵信號在時間相位差上超前第三激勵信號π/2，第一激勵信號與第二激勵信號的相位相反；
26、如果需要驅動轉子繞x軸反向旋轉，將第三激勵信號的相位取反即可；
27、如果需要驅動轉子繞y軸正向旋轉：
28、對第二、第三壓電陶瓷片施加第一激勵信號，對第六、第七壓電陶瓷片施加第二激勵信號，對第一、第四、第五、第八壓電陶瓷片施加第三激勵信號；
29、如果需要驅動轉子繞y軸反向旋轉，將第三激勵信號的相位取反即可；
30、如果需要驅動轉子繞z軸正向旋轉：
31、對第二、第三壓電陶瓷片施加第一激勵信號，對第六、第七壓電陶瓷片施加第二激勵信號，對第四、第五壓電陶瓷片施加第三激勵信號，?對第一、第八壓電陶瓷片施加第四激勵信號；第四激勵信號為和第一激勵信號同頻同幅的交流諧波信號，第四激勵信號與第三激勵信號的相位相反；
32、如果需要驅動轉子繞z軸反向旋轉，將第一激勵信號改為在時間相位差上落后第三激勵信號π/2即可。
33、本專利技術采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：
34、1.?本專利技術利用三自由度壓電作動器直接驅動，代替了傳統的由三個單自由度電機串、并聯組成的光學指向平臺，無需使用傳動機構和減速器，大大減少了裝置的結構復雜度，實現了結構功能一體化設計；
35、2.?能夠直接對光學指向平臺實現三個正交方向的旋轉驅動，在增加光學指向平臺定位精度的同時簡化了機械系統，適用場景更廣泛，適用性更強。
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1.基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，其特征在于，包含壓電振子、轉子、改進軸承、殼體和調節模塊；
2.根據權利要求1所述的基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，其特征在于，所述壓電振子采用鈦合金、鋁合金、黃銅中的任意一種制成。
3.根據權利要求1所述的基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，其特征在于，所述第一至第八壓電陶瓷片通過環氧樹脂膠一一對應設粘貼在所述第一至第八側壁上。
4.基于權利要求1所述基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺的工作方法，其特征在于，包含以下步驟：
【技術特征摘要】
1.基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，其特征在于，包含壓電振子、轉子、改進軸承、殼體和調節模塊；
2.根據權利要求1所述的基于三自由度壓電作動器的光學指向平臺，其特征在于，所述壓電振子采用鈦合金、鋁合金、黃銅中的任意一種制成。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：王亮，潘志泳，馮浩人，金家楣，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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