[发明专利]一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置及其驱动方法，包括固定座，固定座底面与杠杆臂通过弯曲铰链铰接，杠杆臂为L型沿顺时针旋转90°后的结构，固定座固接压电陶瓷执行器的固定端，压电陶瓷执行器的驱动端连接在杠杆臂上，杠杆臂正上方设置有预弯曲薄板，杠杆臂的长臂远离短臂的末端与预弯曲薄板固定相连,基于杠杆原理将压电陶瓷执行器的触发位移和触发力先通过杠杆臂放大，再经过与杠杆臂末端固定相连的预弯曲薄板两步放大来获得所需的位移范围，结构简单紧凑，便于安装和控制，耗能低，位移放大效果好。

技术领域

本发明属于压电陶瓷位移放大机构技术领域，涉及一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，还涉及该装置的驱动方法。

背景技术

压电陶瓷执行器具有较宽的驱动频率带宽、高阻挡力、尺寸紧凑、位移分辨率高、响应速度快、不受磁场干扰、结构简单等优点，其中压电陶瓷能直接将输入的电能转换成机械位移。然而压电陶瓷伸长量有限，压电陶瓷执行器位移范围较小，对于在微米级别的运动范围，压电陶瓷执行器可单独完成运动，无需借助其他设备，但是在执行系统输出要达到毫米甚至厘米级的位移要求时，单纯依靠压电陶瓷执行器是没法实现的。

为了满足毫米级位移要求，需要设计和组装一种机械装置来放大压电陶瓷执行器的位移。通过调节支点的位置，通常应用杠杆机构来放大施加的力，一旦具有足够高的输入力和来自枢轴的短力矩臂，具有较长力矩臂的杠杆另一端的输出位移将会放大，以抵消支点处施加的力矩。弯曲铰链具有较好的运动特性和输出效果，然而现有的弯曲铰链越多的位移放大机构，输出性能越难以控制，同时系统的动态响应速度也越慢，控制复杂，结构复杂安装不便，功耗高，成本高。现有的单级放大机构具有较好的输入输出线性关系，同时响应速度也快，但是结构不够紧凑，机构占地面积大，放大效应弱。

因此，如何设计一种结构简单紧凑、便于安装、控制成本低又响应速度快的压电陶瓷位移放大装置及如何实现驱动压电陶瓷位移放大装置，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，解决了现有技术中存在的放大机构成本高，控制复杂的问题。

本发明的另一目的是提供上述位移放大装置的驱动方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，包括固定座，固定座上两边平行固定安装有上端平齐的立柱；固定座的上端面与杠杆臂通过弯曲铰链铰接，杠杆臂位于立柱之间，杠杆臂为L型沿顺时针旋转90°后的结构，杠杆臂包括短臂和长臂，短臂与固定座的上端面通过弯曲铰链铰接，长臂的长度小于立柱之间的间距；固定座固接压电陶瓷执行器的固定端，压电陶瓷执行器的驱动端连接在杠杆臂的短臂上，压电陶瓷执行器的外接口设置在固定座上；立柱之间杠杆臂正上方设置有预弯曲薄板，预弯曲薄板两端分别固接立柱，预弯曲薄板两个固定端之间的距离小于预弯曲薄板的长度，杠杆臂的长臂远离短臂的末端与预弯曲薄板固定相连。

本发明的特点还在于：

固定座上设置有嵌装压电陶瓷执行器的固定端的卡槽。

压电陶瓷执行器的外接口共有两个，底端设置在卡槽内，上端伸出卡槽，且位于长臂末端、预弯曲薄板和右侧立柱之间。

杠杆臂的长臂远离短臂的末端与预弯曲薄板之间通过锁扣固定相连。

本发明的另一技术方案是，上述基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置的驱动方法，具体步骤如下：