用于压电驱动器位移放大的柔性铰链放大机构研究

郑丽云+沈剑英+王鹏飞+戚佳成+朱成

摘 要：压电微位移驱动器在精密微位移应用场合具有许多优点，但它的输出位移较小。为了放大它的输出位移，研究人员提出各种不同种类的放大机构，放大倍数是衡量放大机构性能的主要指标。文章主要介绍了常用的杠杆式柔性铰链机构Scott-Russell机构和桥式柔性铰链机构三种放大机构的放大倍数的计算方法。

关键词：压电驱动器；微位移；柔性铰链放大机构

中图分类号：TH703 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0021-03

Abstract： The piezoelectric micro-displacement actuator has many advantages in the application of precise micro-displacement， but its output displacement is small. In order to amplify its output displacement， researchers put forward a variety of amplification mechanisms， as the magnification is the main index to measure the performance of the amplification mechanism. This paper mainly introduces the calculation methods of magnification of three kinds of amplifying mechanisms， i.e.， commonly-used lever-type flexure hinge mechanism， Scott-Russell mechanism and bridge-type flexure hinge mechanism.

Keywords： piezoelectric actuator； microdisplacement； flexure hinge amplifier

引言

由于壓电陶瓷具有逆压电效应，当其在两级施加外电压时，压电陶瓷会沿极化方向产生微变形，利用这个特性可以制成微位移驱动器。压电微位移驱动器具有许多突出优点，它可在电压控制下获得较高的位移分辨率，同时，具有频度响应高、动态反应快、承载大、良好的机械静压力特性，其结构简单及受外力干扰小。

正因为上述优点，压电微位移驱动器经常被应用于精密微位移定位平台。但是，压电驱动器的输出位移很小，在需要更大位移的应用场合，经常借助柔性铰链机构来放大它的输出位移。用于放大压电驱动器微位移的柔性铰链放大机构主要有：杠杆式柔性铰链机构、Scott-Russell机构和桥式柔性铰链机构，其它还有Moonie-type机构、rainbow-type机构和菱形机构等。

4 结束语

由于压电微位移驱动器输出位移偏小的缺点，采用柔性铰链机构放大机构是普遍的措施。由于桥式柔性铰链机构本身具有的优点，研究人员越来越重视桥式柔性铰链机构的研究，将会有更多的结构及相应的设计方法出现。

参考文献：

[1]张涛，孙立宁，蔡鹤皋.压电陶瓷基本特性研究[J].光学精密工程，1998，6（5）26-32.

[2]沈剑英，张海军，赵云.压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法[J].农业机械学报，2013，44（9）：267-271.

[3]Jih-Lian Ha， Ying-Shieh Kung， Sheng-Chuen Hu.Optimal design of a micro-positioning Scott-Russell mechanism by Taguchi method[J]. Sensors and Actuators A： Physical， 2006，125（2）：565-572.

[4]Qingsong Xu， Yangmin Li.Analytical modeling， optimization and testing of a compound bridge-type compliant displacement amplifier[J].Mechanism and Machine Theory，2011，46（2）：183-200.

[5]叶果，李威，王禹桥，等.柔性桥式微位移机构位移放大比特性研究[J].机器人，2011，33（1）：251-256.

[6]陈方鑫，高福天，杜志江，等.基于混合铰链的三维桥式放大机构的建模、分析与试验[J].机械工程学报：1-7.

[7]Kee-Bong Choi，Jae Jong Lee，Gee Hong Kim，et al. Amplification ratio analysis of a bridge-type mechanical amplification mechanism based on a fully compliant model[J].Mechanism and Machine Theory，2018，121：355-372.endprint