CN109944900A - 一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，由载体连接基板、连杆滑块组件、光电转塔连接板以及三向可调刚度减振器组够成。本发明主要适用于受限于内部使用空间体积仅能将减振器组外置于顶部光电转塔类型。通过多个滑动连杆组件的组合作用，本装置中光电转塔连接板与载体连接基板之间将无法进行有害方向的角位移，从而避免光电转塔受外界扰动后，光学传感器对所选目标发生的“像移”和“像旋”现象，确保成像画面清晰稳定。本发明具有结构简单、需求空间小、重量轻、可维护性好和升级便利的特点。

Description

一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台

技术领域

本发明属于减振技术领域，主要涉及一种无角位移减振平台，具体为一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，特别适用于对角位移敏感的光电***。

背景技术

民用光电***在环境监测与保护、搜索救援、缉私缉毒和反恐领域发挥着重要的作用，搭载于不同的运输载体，其相比静态使用环境，能成倍提升使用效能：“站的更高”、“看的更远”和“辨认的更加清楚”，其采集输出的视频图像的准确性和清晰度是操作者做出判断和决策的重要依据。

外界扰动一直是影响光电***成像质量的关键，尤其是常见的运输载体自身的振动、载体运动中遇到的气流冲击和自身颠簸，作为主要扰动源都会对***成像画面的稳定性和清晰度形成干扰。当前光电***常采用主动隔振和被动式减振器组合的方式联合抑制外界扰动。受限于伺服带宽，主动隔振常见作用范围仅为低频扰动段，而高频段的扰动衰减则主要依靠被动式减振器完成，后者也是本发明的主要研究对象，其作用机理类似低通滤波器，可对其固有频率1.4倍以上的扰动频率进行有效抑制，因而在选择减振器时，理想状态是其固有频率越低，扰动抑制范围更加宽广。

为充分利用有限的空间、获得更加良好的减振效果，减振器常成组使用，并且根据减振器组布局的差异，一般可分为内置减振器组和外置减振器组，前者置于光电***内部，围绕光学传感器分布，通过精确布置，可实现减振器组的弹性中心与光学传感器质心重合，从而可抑制光学传感器环绕减振器的旋转运动，而根据光学成像原理，光学传感器与待测目标间的线性相对运动对成像效果影响较小，因此该类型的减振器组可充分发挥出减振器的预期效果。

但当光电***受限于内部空间体积和安装位置，导致只能将减振器组置放于***外部时，光学传感器的质心无法与减振器组的弹性中心重合，此时光电***极易发生环绕减振器连线的旋转运动，并且减振器的固有频率选择的越低，呈现出旋转运动越明显，类似于生活中常见“钟摆”现象，根据光学成像原理，光学传感器与待测目标间的相对角度的变化对成像效果影响明显，直观可观察到目标在成像画面中随机，明显的四处游走，减振器的固有频率越低，本应取得更好的扰动衰减效果，但是耦合上述“钟摆”效应后，反而得到的是更差的图像画面，对操作者准确观察、判断和选择目标都会带来极大困扰。为解决该问题，常见方法为牺牲减振器组的高频抑制能力，转为选择刚度较大的减振器组弱化“钟摆”效应的角位移频率和幅度。

而且随着光电***应用环境越来越复杂、成像清晰度要求越来越高，以及对光电***体积重量越来越苛刻的设计约束，外置式减振器组的布局方式势必成为难以回避的发展方向，因此急需一种无角位移减振平台能够兼顾光电***在使用外置减振器时面临的“钟摆”效应问题和高频扰动抑制效果，消除或弱化额外的“像移”和“像旋”现象，从而提高光电传感器的综合成像效果。

经信息查询可知，中国专利CN103511549B公开了一种“一种无角位移并联减振装置”，该装置包括动平台、定平台以及连接两个平台的四条结构完全相同的分支和减振弹簧，其可通过四个对称均匀分布的分支机构限制动平台和定平台之间的相对转动，通过三组正交方向减振弹簧的使用实现扰动衰减，从而达到无角位移减振的效果。

但结合实际使用情况，我们发现上述装置存在以下问题：

(1)无角位移约束能力差，其主要依靠单连杆和单圆柱副实现对角位移运动自由度的约束，单薄的结构形式严重制约了装置的综合约束能力，尤其是在光电***负载较大时，后者仍会发生一定的角位移运动，在实际使用过程中经常发升变形过大而卡死；

(2)占用空间较大，为消除“钟摆效应”，上述装置限定必须采用四个对称均匀分布的分支机构，因此在光电***安装位置有限的情况下，该装置无法使用；

(3)装调难度高，该装置采用的分支机构为两两相对安装，成对使用的分支机构必须在保持完全一致的运动方向时，才能避免线性运动中不发生抱死；相邻使用的分支机构必须保持运动方向间具有足够精度的正交，才不至于在对方运动中形成阻碍；

(4)维护性差，该装置用于消除角位移的的分支机构组和用于衰减扰动的弹簧在结构安装中相互交联，无法独立拆装，且拆装任意单元后，均需精确装调才能恢复到理想工作状态，使用中多有不便利；

(5)减振效果难以调节，该装置采用多达12个独立的弹簧实现三个方向的线性衰减，组合使用过程中极易因弹簧的安装、固定位置、个体性能差异和耦合关系不佳等因素带来不理想的衰减效果；同时根据预期衰减效果反算弹簧性能的过程也异常繁琐，为使用带来极大不便。

因此急需一种装调方便、承载能力强、重量轻、可靠性高、使用空间适应能力强、维护性好和便于升级的无角位移减振装置。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明针对光电***减振器组外置布局的使用需求，提供一种安装方便、维护简单、可靠性高和环境适应性强的无角位移减振平台，在兼顾减振器高频扰动抑制能力的同时，弱化或消除“钟摆”效应引发的“像旋”和“像移”现象。

本发明的技术方案为：

所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：包括载体连接基板、连杆滑块组件、光电***连接板和线性可调刚度减振器；

所述载体连接基板上具有三组减振器安装孔和三组连接滑块组件安装盒体，三组减振器安装孔与三组连接滑块组件安装盒体交替布置；所述连接滑块组件安装盒体中具有开口小内腔大的空心腔体；所述载体连接基板上还开有载体连接孔；

所述光电***连接板下端面开有三组减振器安装孔，位置与载体连接基板上的三组减振器安装孔位置对应；在所述光电***连接板侧面布置有三组连接滑块组件安装槽，位置与载体连接基板上的三组连接滑块组件安装盒体对应；所述光电***连接板上还开有光电***连接孔；

所述线性可调刚度减振器安装在载体连接基板与光电***连接板之间，底端连接于载体连接基板，顶端连接于光电***连接板；

所述连杆滑动组件由第一转轴、第一摇杆、第二转轴、第二摇杆、第三转轴和平面滑动块组成；第一转轴、第二转轴与第三转轴相互平行；第一转轴安装在光电***连接板侧面的一组连接滑块组件安装槽内，第一摇杆一端与第一转轴转动连接，第一摇杆另一端与第二摇杆一端通过第二转轴转动配合，第二摇杆另一端与第三转轴转动连接；所述平面滑动块具有转轴安装槽和底部滑块，转轴安装槽安装在底部滑块正面，第三转轴安装在转轴安装槽内，底部滑块放置在连接滑块组件安装盒体的空心腔体内，且底部滑块投影面积大于所述空心腔体的开口面积，但小于空心腔体内部底面积，且空心腔体深度等于底部滑块厚度，使平面滑动块能够在空心腔体内自由平移，但不能在垂直于空心腔体底面的方向上移动。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述线性可调刚度减振器采用三向等刚度减振器。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述线性可调刚度减振器采用橡胶减振器。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：三组所述线性可调刚度减振器的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布；三组所述连接滑块组件的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：三组所述连接滑块组件中的转轴方向互成60°夹角。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述载体连接基板上开有用于穿过光电***安装结构的通孔；载体连接基板上的减振器安装孔以及连接滑块组件安装盒体交替均布在所述通孔周围。

进一步的优选技术方案，所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述光电***连接板上开有用于穿过光电***凸出部分的通孔。

有益效果

本发明的有益成果主要体现在以下几个方面：

(一)作为本发明核心部件的连杆滑块组件3由第一转轴3a、第一摇杆3b、第二转轴3c、第二摇杆3d、第三转轴3e和平面滑动块3f组成。通过多组连杆滑块组件的相互作用后，载体连接基板和光电转塔连接板将仅能进行相对线性运动以及绕Z方向的相对转动，此时常见外界扰动已无法带给光电***明显的“钟摆”式角振动，减振器组将可在主要使能方向的对外界扰动进行有效和可控的抑制作用，从而确保光电***的清晰和高精度成像。

(二)作为本发明核心部件的连杆滑块组件有连杆运动副和平面副组成，其中连杆运动副可释放载体连接基板和光电转塔连接板的Z向线性自由度，而关键的平面副因其在既定二维平面内拥有不限制方向的线性运动自由度，因此只要将装置中减振器的线性方向与其保持一致，那么无论平面副在既定平面上如何运动，减振器组都能发挥出既定的扰动衰减效果，也因此可进一步降低装置的装调精度和复装要求，确保装置拥有最高综合适配性和可维护性。

(三)本发明结构简单，拆装方便，可维护性高。联动滑块组件为独立单元，可相互替代，每个单元的结构组成简单，零件亦可相互替换，加工简单，相比现有技术，具备良好的可维护性和较低的装配精度要求，以及安装空间空间。

(四)本发明所用减振器可替换性强，能根据光电***对不同外界扰动的抑制需求，自由更换不同刚度、大小的减振器组，从而可有效提高本发明的环境适用性。

附图说明

图1是本发明***示意图；

图2是连杆滑块组件中滑块连接副的工作原理示意图；

图3是滑块连接副的原理示意图；

图4是滑块连接副的原理剖视图；

图5是载体连接基板中连接滑块组件安装盒体的原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明提供的一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台优选的使用对象为受限于空间体积和安装位置，仅能将减振器组置放于外部的光电***类型，尤其是安装于大型直升机鼻锥处，远离直升机旋翼转轴的光电转塔。

如图1所示，它由载体连接基板1、三组连杆滑块组件3、光电***连接板2和三组线性可调刚度减振器4组成。

所述载体连接基板上具有用于穿过光电***安装结构的通孔、三组减振器安装孔和三组连接滑块组件安装盒体，载体连接基板上的三组减振器安装孔以及三组连接滑块组件安装盒体交替均布在所述通孔周围；所述连接滑块组件安装盒体中具有开口小内腔大的空心腔体；所述载体连接基板上还开有载体连接孔；所述载体连接基板上开有用于穿过光电***安装结构的通孔。

所述光电***连接板开有用于穿过光电***凸出部分的通孔，所述光电***连接板下端面开有三组减振器安装孔，位置与载体连接基板上的三组减振器安装孔位置对应；在所述光电***连接板侧面布置有三组连接滑块组件安装槽，位置与载体连接基板上的三组连接滑块组件安装盒体对应；所述光电***连接板上还开有光电***连接孔。

所述线性可调刚度减振器采用三向等刚度的橡胶减振器，安装在载体连接基板与光电***连接板之间，底端连接于载体连接基板，顶端连接于光电***连接板。三组所述线性可调刚度减振器的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布。

所述连杆滑动组件由第一转轴3a、第一摇杆3b、第二转轴3c、第二摇杆3d、第三转轴3e和平面滑动块3f组成；第一转轴、第二转轴与第三转轴相互平行；第一转轴安装在光电***连接板侧面的一组连接滑块组件安装槽内，第一摇杆一端与第一转轴转动连接，第一摇杆另一端与第二摇杆一端通过第二转轴转动配合，第二摇杆另一端与第三转轴转动连接；所述平面滑动块具有转轴安装槽和底部滑块，转轴安装槽安装在底部滑块正面，第三转轴安装在转轴安装槽内，底部滑块放置在连接滑块组件安装盒体的空心腔体内，且底部滑块投影面积大于所述空心腔体的开口面积，但小于空心腔体内部底面积，且空心腔体深度等于底部滑块厚度，使平面滑动块能够在空心腔体内自由平移，但不能在垂直于空心腔体底面的方向上移动。

三组所述连接滑块组件的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布；三组所述连接滑块组件中的转轴方向互成60°夹角。通过三组连杆滑块组件的相互作用后，载体连接基板和光电转塔连接板将仅能进行X、Y和Z三个方向的相对线性运动以及绕Z方向的相对转动，此时常见外界扰动也不会使光电***产生明显的“钟摆”式角振动，橡胶减振器组将在擅长的方向的对随机运动进行一致性的有效抑制。

如图1所示，本发明所述无角位移减振平台，可通过载体连接基板1***四周与运输载体如飞机、车辆和船舶相连，光电***可通过安装面固连于光电***连接板2上。

当光电***受到如外界气流带来的随机扰动时，为简化问题，可将随机扰动分解为X、Y和Z三个方向的线性扰动和绕X、Y和Z三个方向的旋转扰动：

其中遇到X和Y方向的线性扰动时，连杆滑块组件底端的平面移动副可轻松予以克服；遇到Z方向的线性扰动时，光电转塔连接板将发生Z向的线性运动，第一摇杆3b可沿第一转轴3a相对于光电转塔连接板相对转动；第二摇杆3d可沿第二转轴3c相对第一摇杆3b相对转动后即可应对，此外因3个连杆滑块组件是零部件组成一致，在Z向扰动下将呈现出相同的运动变化，因此***运动过程也将流畅，该过程中橡胶减振器能均衡的进行Z向形变从而抑制该方向的扰动量级；因光电转塔的安装位置及近乎对称的外形包络，因此转塔极少能受到绕Z向扰动，即使受到也可由伺服***予以克服，因此本发明本着结构简单的原则不针对性处理。

绕X向扰动和绕Y向扰动是本发明的重点解决对象，如前文所述，上述两种运动带来的“像移”和“像旋”都是制约光电***的重要因素，也是顶端外置减振器布局的固有缺陷。当光电***受扰动预期发生绕X向和Y向转动时，连杆滑块组件底部的平面滑动块3f和载体连接基板的滑动腔将予以扭转抵抗，因此本发明无法实现绕X向和绕Y向的转动，另外根据传力路径的可逆性，由运输载体向光电***传递的扰动将呈现相似的运动规律，故在运输载体和光电***间加装本发明所提供的减振平台将在充分得到减振器扰动抑制效果的同时，避免因角位移造成的传感器画面“像移”和“像旋”。

Claims (7)

1.一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：包括载体连接基板、连杆滑块组件、光电***连接板和线性可调刚度减振器；

所述载体连接基板上具有三组减振器安装孔和三组连接滑块组件安装盒体，三组减振器安装孔与三组连接滑块组件安装盒体交替布置；所述连接滑块组件安装盒体中具有开口小内腔大的空心腔体；所述载体连接基板上还开有载体连接孔；

所述光电***连接板下端面开有三组减振器安装孔，位置与载体连接基板上的三组减振器安装孔位置对应；在所述光电***连接板侧面布置有三组连接滑块组件安装槽，位置与载体连接基板上的三组连接滑块组件安装盒体对应；所述光电***连接板上还开有光电***连接孔；

所述线性可调刚度减振器安装在载体连接基板与光电***连接板之间，底端连接于载体连接基板，顶端连接于光电***连接板；

所述连杆滑动组件由第一转轴、第一摇杆、第二转轴、第二摇杆、第三转轴和平面滑动块组成；第一转轴、第二转轴与第三转轴相互平行；第一转轴安装在光电***连接板侧面的一组连接滑块组件安装槽内，第一摇杆一端与第一转轴转动连接，第一摇杆另一端与第二摇杆一端通过第二转轴转动配合，第二摇杆另一端与第三转轴转动连接；所述平面滑动块具有转轴安装槽和底部滑块，转轴安装槽安装在底部滑块正面，第三转轴安装在转轴安装槽内，底部滑块放置在连接滑块组件安装盒体的空心腔体内，且底部滑块投影面积大于所述空心腔体的开口面积，但小于空心腔体内部底面积，且空心腔体深度等于底部滑块厚度，使平面滑动块能够在空心腔体内自由平移，但不能在垂直于空心腔体底面的方向上移动。

2.根据权利要求1所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述线性可调刚度减振器采用三向等刚度减振器。

3.根据权利要求2所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述线性可调刚度减振器采用橡胶减振器。

4.根据权利要求1所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：三组所述线性可调刚度减振器的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布；三组所述连接滑块组件的中心处于同一圆周上，且沿圆周均匀分布。

5.根据权利要求4所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：三组所述连接滑块组件中的转轴方向互成60°夹角。

6.根据权利要求1所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述载体连接基板上开有用于穿过光电***安装结构的通孔；载体连接基板上的减振器安装孔以及连接滑块组件安装盒体交替均布在所述通孔周围。

7.根据权利要求1所述一种双连杆滑块式三向可调刚度无角位移减振平台，其特征在于：所述光电***连接板上开有用于穿过光电***凸出部分的通孔。