CN109883639B - 三自由度电液控制式微激振*** - Google Patents

三自由度电液控制式微激振*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三自由度电液控制式微激振***，包括底座、激振平台和三个激振臂，三个所述激振臂沿周向间隔布置。所述激振臂包括外缸套、变截面缸、塞套以及主驱动装置、辅驱动装置。该微激振***可以实现前后、左右、上下多个方向的振动激励，激励平台的输出具有3个平移自由度，具备主激振驱动模式下的大幅度激振，以及辅激振驱动模式下的精确微激振，以满足激振精度的需求。

Description

三自由度电液控制式微激振***
技术领域
本发明属于流体压力执行机构技术领域，具体涉及一种三自由度电液控制式微激振***。
背景技术
在微细作业领域中，振动性能、可靠性、高灵敏度等性能测试是微机械(如微卫星、微发动机、微型机器人等)、航空航天领域中的微器件(微陀螺、微加速度计、微传感器)等类具有结构尺寸小、精度高等特点的高精机械测试领域中的技术难题。
目前，工程微激振试验大都是采用近似的、简单的一维(例如压电陶瓷激振器)或近似的少维振动合成微振动台来提供激励，难以真实模拟微动范围内的振动激励，因此，在工程领域中急需解决如何构建微小型机械多维振动测试中使用的多维微动激振台问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三自由度电液控制式微激振***，该微激振***可以实现前后、左右、上下多个方向的振动激励，激励平台的输出具有3个平移自由度，具备主激振驱动模式下的大幅度激振，以及辅激振驱动模式下的精确微激振，以满足激振精度的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种三自由度电液控制式微激振***，包括底座、激振平台和三个激振臂，三个所述激振臂沿周向间隔布置；所述激振臂包括外缸套、变截面缸、塞套以及主驱动装置、辅驱动装置；其中，
所述外缸套的一端密封连接于所述底座，所述塞套的一端密封并通过球形铰链连接于所述激振平台，所述塞套的另一端外侧与所述外缸套的另一端滑动密封连接，所述塞套的另一端内侧与所述变截面缸的一端滑动密封连接，所述变截面缸的另一端固定连接于所述底座；所述变截面缸延伸入所述塞套的一端为开放端，所述辅驱动装置设于所述变截面缸的另一端内侧，所述主驱动装置设于所述变截面缸的另一端外侧；以及
所述主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器和主圆环形挡板，所述主圆环形挡板通过主柔性铰链连接于所述外缸套和所述变截面缸；所述微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器和辅圆形挡板，所述辅圆形挡板通过辅柔性铰链连接于所述变截面缸；所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器均固定连接于所述底座；
所述变截面缸包括大驱动段、放大段和微驱动段，所述微驱动段连接于所述底座，所述大驱动段的直径大于所述微驱动段的直径，所述放大段的直径由所述大驱动段至所述微驱动段逐渐递减；
所述塞套和所述外缸套分别通过第一开关阀和第二开关阀连接于油箱。
一优选实施例中，所述激振平台近似呈等边三角形。
一优选实施例中，所述底座包括近似呈等边三角形的基座以及由所述基座的三个端部倾斜延伸出的支撑部，所述激振臂连接于所述支撑部。
一优选实施例中，所述激振臂与所述支撑部之间垂直连接。
一优选实施例中，三自由度电液控制式微激振***还包括控制器，所述控制器分别电连接于三个所述激振臂的所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器。
一优选实施例中，所述控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号。
一优选实施例中，所述主驱动装置环绕所述变截面缸。
一优选实施例中，所述变截面缸的放大段的侧面呈弧形或者锥形。
一优选实施例中，初始工作状态下，所述激振臂与所述激振平台之间呈120度夹角。
一优选实施例中，所述塞套的运动轨迹包括直线往复运动轨迹和直线运动至目标点的运动轨迹。
采用本发明具有如下的有益效果：
1、本发明所述的三自由度电液控制式微激振***采用主激振(主压电陶瓷驱动器工作状态下)和辅激振(辅压电陶瓷驱动器工作状态下)双激振模式，集成了主激振驱动模式下的大幅度激振，以及辅激振驱动模式下的精确微激振，以满足激振精度的需求。
2、三个激振臂均与激振平台成钝角连接(初始工作状态下，优选的，为120度)，可以使微激振***尺寸减小，空间紧凑，从而在微激振中同时保证精确激振和实现有限体积下的大幅度激振。
附图说明
图1为本发明实施例一种三自由度电液控制式微激振***的结构示意图；
图2为三自由度电液控制式微激振***的部分剖视示意图；
图3为激振臂的剖视示意图。
具体实施方式
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。
参照图1至图3，本发明公开了一种三自由度电液控制式微激振***，包括底座10、激振平台20和三个激振臂30。附图中示出的实施例中，激振平台20近似呈等边三角形，以及，底座10包括近似呈等边三角形的基座11以及由基座11的三个端部倾斜延伸出的支撑部4。
三个激振臂30沿周向间隔均匀布置，激振臂30的两端分别与激振平台20的端部和底座10的端部相对应。激振臂30整体呈圆筒式结构，采用双驱动、电液控制模式，包括外缸套1、变截面缸2、塞套3以及主驱动装置、辅驱动装置。
外缸套1的一端密封连接于支撑部4(激振臂30的周向与支撑部4的表面垂直)，塞套3的一端密封并通过球形铰链连接于激振平台20的端部，从而使激振臂30内部形成密闭的充满油液的腔室。塞套3的另一端外侧与外缸套1的另一端滑动密封连接，塞套3的另一端内侧与变截面缸2的一端滑动密封连接，该两处的滑动密封配合用以更好地实现塞套3的激振动作。
变截面缸2延伸入塞套3的一端为开放端，该开放端为塞套3提供实现微位移激振的油液，该油液是由设于变截面缸2的另一端内侧辅驱动装置驱动的。主驱动装置设于变截面缸2的另一端外侧，用于驱动变截面缸2外侧的油液以实现塞套3的大位移激振。
主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器51和主圆环形挡板52，主圆环形挡板52通过主柔性铰链53连接于外缸套1和变截面缸2；微驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器61和辅圆形挡板62，辅圆形挡板62通过辅柔性铰链63连接于变截面缸2；主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61均固定连接于支撑部4。主柔性铰链53和辅柔性铰链63分别用于在主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61停止工作时，分别将主圆环形挡板52和辅圆形挡板62回复至原始状态。
一具体实施例中，主驱动装置环绕变截面缸2。
变截面缸2包括大驱动段、放大段和微驱动段，微驱动段连接于支撑部4，大驱动段的直径大于微驱动段的直径，放大段的直径由大驱动段至微驱动段逐渐递减。变截面缸2的不同直径的设计目的在于：
1)油液由小直径的微驱动段内侧腔室流入大直径的大驱动段内侧腔室时，因油液流经的横截面由小变大，使得塞套3的位移相比辅圆形挡板62的位移为缩小；
2)油液由微驱动段外侧腔室流入大驱动段外侧腔室时，因油液流经的横截面由大变小，使得塞套3的位移相比主圆环形挡板52的位移为放大。
一具体实施例中，变截面缸2的放大段的侧面呈弧形或者锥形，以实现不同的放大/缩小倍数。
虽然激振臂30的内部腔室为封闭式结构，但为了实现塞套3的直线往复运动(即正负位移激振)，需保持油液的流动连续性，故，塞套3和外缸套1分别通过第一开关阀71和第二开关阀72连接于油箱7。
为了激振臂30的精确激振，以及多个激振臂30之间的组合激振，以控制主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61的工作状态，微激振***还包括控制器(例如PID控制器)，控制器分别电连接于主压电陶瓷驱动器51和辅压电陶瓷驱动器61。单个激振臂30可以在单个方向生成激振，即可以实现对受振对象产生精确的激振运动；而对于一些复杂的激振模式，则需要2个或3个激振臂30之间的不同组合进行多自由度的组合激振，即通过改变不同激振臂30的输出来满足激振需求。具体的，控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号，以匹配不同的激振需求。
一具体实施例中，塞套3的运动轨迹包括直线往复运动轨迹(激励模式)和直线运动至目标点的运动轨迹(精确定位控制)。
应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (10)

1.一种三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述三自由度电液控制式微激振***包括底座、激振平台和三个激振臂，三个所述激振臂沿周向间隔布置；所述激振臂包括外缸套、变截面缸、塞套以及主驱动装置、辅驱动装置；其中，
所述外缸套的一端密封连接于所述底座，所述塞套的一端密封并通过球形铰链连接于所述激振平台，所述塞套的另一端外侧与所述外缸套的另一端滑动密封连接，所述塞套的另一端内侧与所述变截面缸的一端滑动密封连接，所述变截面缸的另一端固定连接于所述底座；所述变截面缸延伸入所述塞套的一端为开放端，所述辅驱动装置设于所述变截面缸的另一端内侧，所述主驱动装置设于所述变截面缸的另一端外侧；以及
所述主驱动装置包括一体式结构的主压电陶瓷驱动器和主圆环形挡板，所述主圆环形挡板通过主柔性铰链连接于所述外缸套和所述变截面缸；所述辅驱动装置包括一体式结构的辅压电陶瓷驱动器和辅圆形挡板，所述辅圆形挡板通过辅柔性铰链连接于所述变截面缸；所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器均固定连接于所述底座；
所述变截面缸包括大驱动段、放大段和微驱动段，所述微驱动段连接于所述底座，所述大驱动段的直径大于所述微驱动段的直径，所述放大段的直径由所述大驱动段至所述微驱动段逐渐递减；
所述塞套和所述外缸套分别通过第一开关阀和第二开关阀连接于油箱。
2.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述激振平台近似呈等边三角形。
3.如权利要求2所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述底座包括近似呈等边三角形的基座以及由所述基座的三个端部倾斜延伸出的支撑部，所述激振臂连接于所述支撑部。
4.如权利要求3所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述激振臂与所述支撑部之间垂直连接。
5.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别电连接于三个所述激振臂的所述主压电陶瓷驱动器和所述辅压电陶瓷驱动器。
6.如权利要求5所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述控制器输出的控制信息为频率可调的脉冲信号。
7.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述主驱动装置环绕所述变截面缸。
8.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述变截面缸的放大段的侧面呈弧形或者锥形。
9.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，初始工作状态下，所述激振臂与所述激振平台之间呈120度夹角。
10.如权利要求1所述的三自由度电液控制式微激振***，其特征在于，所述塞套的运动轨迹包括直线往复运动轨迹和直线运动至目标点的运动轨迹。
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