基于压电驱动的镜头移动机构

摘要

本发明公开了一种基于压电驱动的镜头移动机构，包括空心壳体的上下两端分别通过螺钉固定有上盖和底座，所述上盖与底座中部均设置有圆孔；所述壳体内部设置有一对长方槽，长方槽内设置有放大机构，所述放大机构的下端与底座连接，其上端固定连接有一个移动环，所述移动环的两侧与方形槽滑动连接，所述移动环用于安装镜头；本发明采用由11个柔性铰链组构成的三级位移放大机构对压电叠堆输出位移进行放大，能够获得较大的移动环输出位移，大大提高了镜头移动距离，移动环与壳体之间通过导轨副移动，实现镜头精准移动，且在壳体中留有位移检测传感器位置，方便测量移动环及镜头的移动位。

权利要求

1.基于压电驱动的镜头移动机构，其特征在于，空心壳体的上下两端分别通过螺钉固定有上盖和底座，所述上盖与底座中部均设置有圆孔；所述壳体内部设置有一对长方槽，长方槽内设置有放大机构，所述放大机构的下端与底座连接，其上端固定连接有一个移动环，所述移动环的两侧与方形槽滑动连接，所述移动环用于安装镜头；所述放大机构由上、下杠杆结构两部分组成，上、下杠杆结构之间通过柔性铰链连接，在上杠杆结构内水平设置有压电叠堆B，在下杠杆结构内竖直设置有压电叠堆A；所述下杠杆结构由九组柔性铰链组成，每组柔性铰链均包括对称设置的两个柔性铰链，第一柔性铰链组由连接块连接，所述连接块与压电叠堆A接触，第一至第三柔性铰链组成第一杠杆结构，第二柔性铰链作为支点，第一柔性铰链与第二柔性铰链之间为动力臂，第三柔性铰链与第二柔性铰链之间为阻力臂；第三柔性铰链与第四柔性铰链通过连接杆连接；第四至第六柔性铰链组成第二杠杆结构，第五柔性铰链作为支点，第四柔性铰链与第五柔性铰链之间为动力臂，第六柔性铰链与第五柔性铰链之间为阻力臂；第六柔性铰链与第七柔性铰链之间通过连接杆连接；第七至第九柔性铰链组成第三杠杆结构，第七柔性铰链作为支点，第七柔性铰链与第八柔性铰链之间为动力臂，第八柔性铰链与第九柔性铰链之间为阻力臂；三组杠杆结构将压电叠堆A向上的形变放大；所述上杠杆结构由第十及第十一柔性铰链组、T型连接块和方形连接块组成，每组铰链均由四个柔性铰链组成；第十柔性铰链组、第十一柔性铰链组、T型连接块和方形连接块共同组成闭环，所述压电叠堆B设置在所述闭环内。

2.根据权利要求1所述的基于压电驱动的镜头移动机构，其特征在于，所述壳体内设置有长方槽A、长方槽B和圆柱槽，壳体整体为长方体，长方槽A及长方槽B平行设置在壳体内，圆柱槽设置在壳体中部，其轴线与壳体的轴线重合；圆柱槽与长方槽A和长方槽B连通，所述移动环设置在圆柱槽内。

3.根据权利要求2所述的基于压电驱动的镜头移动机构，其特征在于，所述移动环包括：环主体、凸耳A、凸耳B、侧孔A、侧孔B及定位块，凸耳A与凸耳B在环主体上相对设置，侧孔A与侧孔B在环主体上相对设置其连线和凸耳A与凸耳B的连线相垂直，三个所述定位块分别设置在环主体内切三角形的三个顶点的位置，凸耳A及凸耳B分别固定连接到放大机构上。

4.根据权利要求2所述的基于压电驱动的镜头移动机构，其特征在于，所述壳体还包括检测槽和线孔，所述检测槽设置在圆柱槽侧面并与圆柱槽联通，其轴线与圆柱槽平行；所述线孔设置在壳体的侧壁上，其与检测槽联通，所述检测槽用于放置位移传感器。

说明书

基于压电驱动的镜头移动机构

技术领域

[0001] 本发明属于精密驱动技术领域，具体涉及一种基于压电驱动的镜头移动机构。

背景技术

[0002] 精密驱动技术已经在微型机器人、航空航天、医疗器械以及精密定位等领域发挥重要作用，其中镜头移动机构是一种常用的精密驱动装置。作为精密驱动机构，镜头移动要
求其具有响应速度快、精度高以及稳定性好等特点。压电智能材料因具有体积小、变形大、
不受磁场干扰和驱动电压低等优点而受到关注和应用。压电材料主要用于微型机器人、微
型直线执行器和驱动器。目前基于压电驱动的镜头移动机构输出位移较小，难以满足镜头
的大位移移动。

[0003] 本发明提供一种基于压电驱动的镜头移动机构，以便使得镜头移动机构具有结构简单、输出位移大、定位精度高等优点。

发明内容

[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于压电驱动的镜头移动机构，其包括上盖、壳体、底座、螺钉A、线孔、螺钉B、放大机构、移动环、压电叠堆A和压电叠堆B，其
特征在于，

[0005] 所述基于压电驱动的镜头移动机构内部为中空结构，外表呈长方体结构；

[0006] 所述底座为设有中间圆孔的长方体结构，表面设置4个安放螺钉A的大孔和6个安放螺钉B的小孔；

[0007] 所述壳体通过4个螺钉A与底座相连，壳体外部为长方体机构，内部由长方槽、圆柱槽和检测槽构成，长方槽和检测槽与圆柱槽内部相通，检测槽作用是用于存放位移检测传
感器；

[0008] 所述放大机构布置在壳体内部两个长方槽内，底部通过6个螺钉B与底座相连，放大机构由第一柔性铰链组、第二柔性铰链组、第三柔性铰链组、第四柔性铰链组、第五柔性
铰链组、第六柔性铰链组、第七柔性铰链组、第八柔性铰链组、第九柔性铰链组、第十柔性铰
链组以及第十一柔性铰链组构成；

[0009] 所述两个压电叠堆A分别竖直放置于两个放大机构内部中下端，与第一柔性铰链组连接块相连，同时与第二柔性铰链组、第三柔性铰链组、第四柔性铰链组、第五柔性铰链
组、第六柔性铰链组、第七柔性铰链组、第八柔性铰链组配合产生两级位移放大，第一柔性
铰链组由连接块连接，所述连接块与压电叠堆A接触，第一至第三柔性铰链组成第一杠杆结
构，第二柔性铰链作为支点，第一柔性铰链与第二柔性铰链之间为动力臂，第三柔性铰链与
第二柔性铰链之间为阻力臂；第三柔性铰链与第四柔性铰链通过连接杆连接；第四至第六
柔性铰链组成第二杠杆结构，第五柔性铰链作为支点，第四柔性铰链与第五柔性铰链之间
为动力臂，第六柔性铰链与第五柔性铰链之间为阻力臂；第六柔性铰链与第七柔性铰链之
间通过连接杆连接；第七至第九柔性铰链组成第三杠杆结构，第七柔性铰链作为支点，第七
柔性铰链与第八柔性铰链之间为动力臂，第八柔性铰链与第九柔性铰链之间为阻力臂；

[0010] 第十及第十一柔性铰链组、T型连接块和方形连接块组成，每组铰链均由四个柔性铰链组成；第十柔性铰链组、第十一柔性铰链组、T型连接块和方形连接块共同组成闭环，所
述压电叠堆B设置在所述闭环内，两个压电叠堆B分别水平放置于放大机构上端，与第十一
柔性铰链组和第十柔性铰链组共同构成第三级位移放大；

[0011] 所述移动环由凸耳、侧孔和定位块构成，移动环通过凸耳与放大机构固连，凸耳在长方槽内上下滑动，同时凸耳与移动环主体连接处嵌入所述壳体中长方槽与圆柱槽内部连
通处，侧孔和定位块是用来对需要移动的镜头进行安装和定位；

[0012] 所述上盖通过四个螺钉A固定在壳体上。

[0013] 所述基于压电驱动的镜头移动机构是由压电叠堆A和压电叠堆B共同驱动，压电叠堆A和压电叠堆B采用相同的直流电压信号驱动，最高驱动电压为150V，在电压信号驱动下，
压电叠堆A和压电叠堆B产生伸长变形，压电叠堆的变形量带动柔性铰链发生变形，在放大
机构杠杆作用下，压电叠堆变形量得到放大，通过柔性铰链三级位移放大作用，移动环处获
得较大的直线运动位移。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0015] 本发明采用由11个柔性铰链组构成的三级位移放大机构对压电叠堆输出位移进行放大，能够获得较大的移动环输出位移，大大提高了镜头移动距离，移动环与壳体之间通
过导轨副移动，实现镜头精准移动，且在壳体中留有位移检测传感器位置，方便测量移动环
及镜头的移动位移，故本发明使得压电驱动在镜头移动中具有更加广阔的应用前景。

附图说明

[0016] 图1为基于压电驱动的镜头移动机构的立体图；

[0017] 图2为基于压电驱动的镜头移动机构的仰视图；

[0018] 图3为基于压电驱动的镜头移动机构的剖视图；

[0019] 图4为基于压电驱动的镜头移动机构的内部结构图；

[0020] 图5为基于压电驱动的镜头移动机构的壳体结构图；

[0021] 图6为基于压电驱动的镜头移动机构的移动环结构图；

[0022] 图7为基于压电驱动的镜头移动机构的放大机构图；

[0023] 图8为基于压电驱动的镜头移动机构的放大机构位移放大原理图。

[0024] 标识说明：1‑上盖、2‑壳体、3‑底座、4‑螺钉A、5‑线孔、6‑螺钉B、7‑放大机构、8‑移动环、9‑压电叠堆A、10‑压电叠堆B；

[0025] 2‑1：长方槽A、2‑2：长方槽B、2‑3：圆柱槽、2‑4：检测槽、8‑1：凸耳A、8‑2：凸耳B、8‑3：侧孔A、8‑4：侧孔B、8‑5：定位块A、8‑6：定位块B、8‑7：定位块C、11‑1：第一柔性铰链组A、
11‑2：第一柔性铰链组B、12‑1：第二柔性铰链组A、12‑2：第二柔性铰链组B、13‑1：第三柔性
铰链组A、13‑2：第三柔性铰链组B、14‑1：第四柔性铰链组A、14‑2：第四柔性铰链组B、15‑1：
第五柔性铰链组A、15‑2：第五柔性铰链组B、16‑1：第六柔性铰链组A、16‑2：第六柔性铰链组
B、17‑1：第七柔性铰链组A、17‑2：第七柔性铰链组B、18‑1：第八柔性铰链组A、18‑2：第八柔
性铰链组B、19‑1：第九柔性铰链组A、19‑2：第九柔性铰链组B、20‑1：第十柔性铰链组A、20‑
2：第十柔性铰链组B、20‑3：第十柔性铰链组C、20‑4：第十柔性铰链组D、21‑1：第十一柔性铰
链组A、21‑2：第十一柔性铰链组B、21‑3：第十一柔性铰链组C、21‑4：第十一柔性铰链组D。

具体实施方式

[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 请参阅图1‑8，本发明提供一种基于压电驱动的镜头移动机构，其包括上盖1、壳体2、底座3、螺钉A4、线孔5、螺钉B6、放大机构7、移动环8、压电叠堆A9和压电叠堆B10，所述基
于压电驱动的镜头移动机构内部为中空结构，外表呈长方体结构；所述底座1为设有中间圆
孔的长方体结构，表面设置4个安放螺钉A4的大孔和6个安放螺钉B6的小孔；所述壳体2通过
4个螺钉A4与底座3相连，壳体2外部为长方体机构，内部由长方槽A2‑1、长方槽B2‑2、圆柱槽
2‑3和检测槽2‑4构成，长方槽A2‑1、长方槽B2‑2和检测槽2‑4与圆柱槽2‑3内部相通，检测槽
2‑4作用是用于存放位移检测传感器；

[0028] 所述放大机构7布置在壳体2内部两个长方槽内，底部通过6个螺钉B6与底座3相连，放大机构7由第一柔性铰链组A11‑1、第一柔性铰链组B11‑2、第二柔性铰链组A12‑1、第
二柔性铰链组B12‑2、第三柔性铰链组A13‑1、第三柔性铰链组B13‑2、第四柔性铰链组A14‑
1、第四柔性铰链组B14‑2、第五柔性铰链组A15‑1、第五柔性铰链组B15‑2、第六柔性铰链组
A16‑1、第六柔性铰链组B16‑2、第七柔性铰链组A17‑1、第七柔性铰链组B17‑2、第八柔性铰
链组A18‑1、第八柔性铰链组B18‑2、第九柔性铰链组A19‑1、第九柔性铰链组B19‑2、第十柔
性铰链组A20‑1、第十柔性铰链组B20‑2、第十柔性铰链组C20‑3、第十柔性铰链组D20‑4、第
十一柔性铰链组A21‑1、第十一柔性铰链组B21‑2、第十一柔性铰链组C21‑3、第十一柔性铰
链组D21‑4构成；

[0029] 所述两个压电叠堆A9分别竖直放置于两个放大机构7内部中下端，与第一柔性铰链组A11‑1和第一柔性铰链组B11‑2的连接块相连，同时与第二柔性铰链组A12‑1、第二柔性
铰链组B12‑2、第三柔性铰链组A13‑1、第三柔性铰链组B13‑2、第四柔性铰链组A14‑1、第四
柔性铰链组B14‑2、第五柔性铰链组A15‑1、第五柔性铰链组B15‑2、第六柔性铰链组A16‑1、
第六柔性铰链组B16‑2、第七柔性铰链组A17‑1、第七柔性铰链组B17‑2、第八柔性铰链组
A18‑1、第八柔性铰链组B18‑2配合产生两级位移放大，两个压电叠堆B10分别水平放置于放
大机构7上端，与第十柔性铰链组A20‑1、第十柔性铰链组B20‑2、第十柔性铰链组C20‑3、第
十柔性铰链组D20‑4、第十一柔性铰链组A21‑1、第十一柔性铰链组B21‑2、第十一柔性铰链
组C21‑3、第十一柔性铰链组D21‑4共同构成第三级位移放大；

[0030] 所述移动环8由凸耳A8‑1、凸耳B8‑2、侧孔A8‑3、侧孔B8‑4、定位块A8‑5、定位块B8‑6和定位块C8‑7构成，移动环8通过凸耳A8‑1、凸耳B8‑2与放大机构7固连，凸耳A8‑1、凸耳
B8‑2在长方槽A2‑1、长方槽B2‑2内上下滑动，同时凸耳A8‑1、凸耳B8‑2与移动环主体连接处
嵌入所述壳体中长方槽A2‑1、长方槽B2‑2与圆柱槽2‑3内部连通处，侧孔A8‑3、侧孔B8‑4和
定位块A8‑5、定位块B8‑6和定位块C8‑7是用来对需要移动的镜头进行安装和定位；所述上
盖1通过四个螺钉A4固定在壳体2上。

[0031] 所述基于压电驱动的镜头移动机构是由压电叠堆A9和压电叠堆B10共同驱动，压电叠堆A9和压电叠堆B10采用相同的直流电压信号驱动，最高驱动电压为150V，在电压信号
驱动下，压电叠堆A9和压电叠堆B10产生伸长变形，压电叠堆A9和压电叠堆B10的变形量带
动柔性铰链发生变形，在放大机构杠杆作用下，压电叠堆A9和压电叠堆B10变形量得到放
大，通过柔性铰链三级位移放大作用，移动环8处获得较大的直线运动位移。

[0032] 本发明与现有技术相比，本发明采用由11个柔性铰链组构成的三级位移放大机构7对压电叠堆A9和压电叠堆B10的输出位移进行放大，能够获得较大的移动环8的输出位移，
大大提高了镜头移动距离，移动环8与壳体2之间通过导轨副移动，实现镜头精准移动，且在
壳体2中留有位移检测传感器位置，方便测量移动环8及镜头的移动位移，故本发明使得压
电驱动在镜头移动中具有更加广阔的应用前景。

[0033] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。