CN114608775A - 一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，包括上平台和下平台，支撑座安装在下平台上；粗级驱动组件固定在支撑座上；精级驱动组件与粗级驱动组件并联形成驱动支腿；连接轴的一端与上平台相连；连接轴的另一端与精级驱动组件相连；多组重力卸载***均匀分布于下平台上并通过外力钩挂形成装置吊起以实现重力卸载；单独驱动粗级驱动组件形成大输出力以实现调控大量级、粗分辨率；单独驱动精级驱动组件形成小输出力以实现调控小分辨率；同时驱动精级驱动组件与粗级驱动组件以实现大量程、高分辨率的多维微振动输出；本装置复现空间微振动小量级、高带宽的特点，采用粗精级组合驱动单支腿实现大量程、高分辨率的微振动输出。

Description

一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器。

背景技术

空间微振动会影响空间光学装备的指向稳定性和面型精度，降低其分辨率，从而影响成像质量；要想进一步提升空间遥感器的观测性能，必须进行振源模拟，对其在微振动环境下的成像效果进行模拟。

中国发明专利(公开号CN105415349A)公开一种基于六维并联机构的空间多维微振动模拟器，是基于Stewart-Gough平台的一种并联机构，它是由上平台、下平台和六条驱动支腿构成，上平台与驱动支腿间用球铰相连，下平台与驱动支腿间用胡克铰相连，驱动腿由音圈电动机、弹簧片及支撑套筒等部件构成，可在轴向方向输出最大振幅3㎜，最高频率500Hz的振动，该模拟器通过调节6根驱动支腿的伸缩控制上平台及负载的六维运动，来完成对空间微振动的模拟；模拟器输出的振动形式为特定谱型的多维随机振动，有效宽带为0.5～100Hz，激振量级为10⁵g～10³g。

现有空间微振动的模拟仍存在以下缺陷：

1、现有对空间微振动的模拟都是基于传统Steward构型的，输出量级一般为0.1mg～100mg，无法进行0.1mg以下量级的模拟；

2、实现大量级微振动的输出时其分辨率较低，当提高分辨率时微振动量级又会降低，二者难以同时满足。

针对现有空间微振动模拟存在的问题，本专利开展新构型微振动模拟平台的研究，同时实现微振动模拟器大量级、高分辨率的输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提供6个自由度的微振动，实现大量级、高分辨率的微振动输出，同时不存在结构冗余的基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，包括上平台和下平台，所述上平台安装试验载荷以实现模拟试验载荷安装面的微振动环境，还包括：

支撑座，所述支撑座通过螺钉安装在下平台上；

粗级驱动组件，所述粗级驱动组件的下端固定在支撑座上；

精级驱动组件，所述精级驱动组件与粗级驱动组件并联形成驱动支腿；

连接轴，所述连接轴的一端通过上球铰与上平台相连接；

所述连接轴的另一端通过下球铰与精级驱动组件相连接；

重力卸载***，多组所述重力卸载***均匀分布于下平台上并通过外力钩挂形成装置吊起以实现重力卸载；其中

所述驱动支腿形成有三种运动模式；

所述驱动支腿的第一种运动模式为，单独驱动粗级驱动组件形成大输出力以实现调控大量级、粗分辨率；

所述驱动支腿的第二种运动模式为，单独驱动精级驱动组件形成小输出力以实现调控小分辨率；

所述驱动支腿的第三种运动模式为，同时驱动精级驱动组件与粗级驱动组件以实现大量程、高分辨率的多维微振动输出。

进一步的，所述粗级驱动组件包括：

粗级驱动外壳，所述粗级驱动外壳呈内部中空的圆柱状结构；

第一弹簧片，所述第一弹簧片安装于粗级驱动外壳的上端口处；

第一外压圈，通过所述第一外压圈固定第一弹簧片的边缘于粗级驱动外壳上；

粗级电机定子，所述粗级电机定子位于粗级驱动外壳内部；

粗级电机动子，所述粗级电机动子配合粗级电机定子形成机械能；

动力输出轴，所述粗级电机动子形成机械能通过动力输出轴实现动力输出；

所述动力输出轴沿其长度方向延伸至精级驱动组件内；

第二弹簧片，所述第二弹簧片安装于粗级驱动外壳下端口处；

加速度传感器，所述加速度传感器位于动力输出轴的末端用以感应动力输出轴的加速度信号。

进一步的，所述精级驱动组件包括：

精级电机驱动外壳；

第三弹簧片，所述第三弹簧片安装于精级电机驱动外壳的上端口处；

第二外压圈，通过所述第二外压圈固定第三弹簧片的边缘于精级电机驱动外壳上；

精级电机定子，所述精级电机定子位于精级电机驱动外壳内部；

精级电机动子，所述精级电机动子配合精级电机定子形成机械能；

动力轴压圈，所述动力轴压圈固定安装于动力输出轴的顶端；

动力输出连接端，所述动力输出连接端的一端位于精级电机驱动外壳上方并通过第三弹簧片与动力轴压圈实现弹性连接；

所述动力输出连接端的另一端与连接轴相连接；其中

所述粗级电机动子或精级电机动子或粗级电机动子与精级电机动子共同驱动动力输出轴运动经由动力轴压圈、第三弹簧片后并通过动力输出连接端传递至连接轴以实现振动输出。

在上述技术方案中，本发明提供的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，具有以下有益效果：

1、本装置能够复现出空间微振动小量级、高带宽的特点；

2、本装置采用粗精级组合驱动单支腿实现大量程、高分辨率的微振动输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器的结构示意图；

图3为本发明提供的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器中粗级驱动组件和精级驱动组件的结构示意图。

附图标记说明：

1、上平台；2、下平台；3、支撑座；4、粗级驱动组件；5、精级驱动组件；6、连接轴；7、重力卸载***；

41、粗级驱动外壳；42、第一弹簧片；43、第一外压圈；44、粗级电机定子；45、粗级电机动子；46、动力输出轴；47、第二弹簧片；48、加速度传感器；

51、精级电机驱动外壳；52、第三弹簧片；53、第二外压圈；54、精级电机定子；55、精级电机动子；56、动力轴压圈；57、动力输出连接端。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，本文所使用的的术语“上”、“一端”、“另一端”、“上端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1～图3所示；

本发明的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，包括上平台1和下平台2，上平台1安装试验载荷以实现模拟试验载荷安装面的微振动环境，还包括：

支撑座3，支撑座3通过螺钉安装在下平台2上；

粗级驱动组件4，粗级驱动组件4的下端固定在支撑座3上；

精级驱动组件5，精级驱动组件5与粗级驱动组件4并联形成驱动支腿；

连接轴6，连接轴6的一端通过上球铰与上平台1相连接；

连接轴6的另一端通过下球铰与精级驱动组件5相连接；

重力卸载***7，多组重力卸载***7均匀分布于下平台2上并通过外力钩挂形成装置吊起以实现重力卸载；其中

驱动支腿形成有三种运动模式；

驱动支腿的第一种运动模式为，单独驱动粗级驱动组件4形成大输出力以实现调控大量级、粗分辨率；

驱动支腿的第二种运动模式为，单独驱动精级驱动组件5形成小输出力以实现调控小分辨率；

驱动支腿的第三种运动模式为，同时驱动精级驱动组件5与粗级驱动组件4以实现大量程、高分辨率的多维微振动输出。

具体的，支撑座3沿下平台2周圈均匀分布，粗级驱动组件4一端固定在支撑座3上，另一端通过下球铰与精级驱动组件5相连接；精级驱动组件5的上端通过连接轴6与上平台1相连接，其中精级驱动组件5与粗级驱动组件4并联形成驱动支腿、即驱动支腿由两部分组成，根据需求可以采用单独驱动粗级驱动组件4、单独驱动精级驱动组件5或同时驱动精级驱动组件5和粗级驱动组件4，单独驱动粗级驱动组件4时产生大的输出力，完成大量级和粗分辨率的控制；单独驱动精级驱动组件5时产生小的输出力，完成更小分辨率的控制；同时驱动精级驱动组件5和粗级驱动组件4可同时实现大量程、高分辨率的多维微振动输出，以此可以作为多维空间微振动平台使用。

粗级驱动组件4包括：

粗级驱动外壳41，粗级驱动外壳41呈内部中空的圆柱状结构；

第一弹簧片42，第一弹簧片42安装于粗级驱动外壳41的上端口处；

第一外压圈43，通过第一外压圈43固定第一弹簧片42的边缘于粗级驱动外壳41上；

粗级电机定子44，粗级电机定子44位于粗级驱动外壳41内部；

粗级电机动子45，粗级电机动子45配合粗级电机定子44形成机械能；

动力输出轴46，粗级电机动子45形成机械能通过动力输出轴46实现动力输出；

动力输出轴46沿其长度方向延伸至精级驱动组件5内；

第二弹簧片47，第二弹簧片47安装于粗级驱动外壳41下端口处；

加速度传感器48，加速度传感器48位于动力输出轴46的末端用以感应动力输出轴46的加速度信号。

具体的，驱动粗级驱动组件4时，粗级电机定子44产生磁场，粗级电机动子45在粗级电机定子44的磁场中受力转动，将电能转化为机械能，同时驱动动力输出轴46运动以进行动力输出，其中第一弹簧片42与第二弹簧片47用于调节方向维度，动力输出轴46传递动力至精级驱动组件5、连接轴6直至上平台1以实现振动输出。

精级驱动组件5包括：

精级电机驱动外壳51；

第三弹簧片52，第三弹簧片52安装于精级电机驱动外壳51的上端口处；

第二外压圈53，通过第二外压圈53固定第三弹簧片52的边缘于精级电机驱动外壳51上；

精级电机定子54，精级电机定子54位于精级电机驱动外壳51内部；

精级电机动子55，精级电机动子55配合精级电机定子54形成机械能；

动力轴压圈56，动力轴压圈56固定安装于动力输出轴46的顶端；

动力输出连接端57，动力输出连接端57的一端位于精级电机驱动外壳51上方并通过第三弹簧片52与动力轴压圈56实现弹性连接；

动力输出连接端57的另一端与连接轴6相连接；其中

粗级电机动子45或精级电机动子55或粗级电机动子45与精级电机动子55共同驱动动力输出轴46运动经由动力轴压圈56、第三弹簧片52后并通过动力输出连接端57传递至连接轴6以实现振动输出。

具体的，驱动精级驱动组件5时，精级电机定子54产生磁场，精级电机动子55在精级电机定子54的磁场中受力转动，将电能转化为机械能，其中动力轴压圈56限制动力输出轴46的运动程度，保证其直线运动的能力，具有稳定导向作用，动力输出轴46的顶端经由动力轴压圈56、第三弹簧片52将动力传输至动力输出连接端57并最终通过连接轴6传递至上平台1实现振动输出；

进一步的，动力输出轴46可以通过粗级电机动子45或精级电机动子55或粗级电机动子45和精级电机动子55驱动的状态下实现振动输出。

实施例一：

包括上平台1、下平台2、六组连接轴6、六组驱动支腿、三组支撑座3和三组重力卸载***7；

六组驱动支腿分别由六个粗级驱动组件4和六个精级驱动组件5组成；连接轴6一端通过上球铰与上平台1相连、另一端通过下球铰与精级驱动组件5相连，精级驱动组件5与粗级驱动组件4并联形成驱动支腿并进行运动，粗级驱动组件4下端固定在支撑座3上，支撑座3通过螺钉安装在下平台2；

上平台1用于安装试验载荷，模拟试验载荷安装面的微振动环境；

连接轴6两端为球铰链，保证Steward平台的连接刚度和自由度；

三组重力卸载机构7均匀分布，固定安装在下平台2上，实现对微振动模拟平台的重力卸载；

具体使用中，不同方式实现的不同作用：

单独驱动粗级驱动组件4形成大输出力以实现调控大量级、粗分辨率；

单独驱动精级驱动组件5形成小输出力以实现调控小分辨率；

同时驱动精级驱动组件5与粗级驱动组件4以实现大量程、高分辨率的多维微振动输出；

本方案对常规Steward平台进行改进，精级驱动组件5与粗级驱动组件4并联驱动单支腿运动，从而实现对上平台1的六个自由度的控制，既能实现大量级的微振动输出，也能实现高分辨率的微振动输出，并且不存在结构冗余。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (3)

1.一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，包括上平台(1)和下平台(2)，所述上平台(1)安装试验载荷以实现模拟试验载荷安装面的微振动环境，其特征在于，还包括：

支撑座(3)，所述支撑座(3)通过螺钉安装在下平台(2)上；

粗级驱动组件(4)，所述粗级驱动组件(4)的下端固定在支撑座(3)上；

精级驱动组件(5)，所述精级驱动组件(5)与粗级驱动组件(4)并联形成驱动支腿；

连接轴(6)，所述连接轴(6)的一端通过上球铰与上平台(1)相连接；

所述连接轴(6)的另一端通过下球铰与精级驱动组件(5)相连接；

重力卸载***(7)，多组所述重力卸载***(7)均匀分布于下平台(2)上并通过外力钩挂形成装置吊起以实现重力卸载；其中

所述驱动支腿形成有三种运动模式；

所述驱动支腿的第一种运动模式为，单独驱动粗级驱动组件(4)形成大输出力以实现调控大量级、粗分辨率；

所述驱动支腿的第二种运动模式为，单独驱动精级驱动组件(5)形成小输出力以实现调控小分辨率；

所述驱动支腿的第三种运动模式为，同时驱动精级驱动组件(5)与粗级驱动组件(4)以实现大量程、高分辨率的多维微振动输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，其特征在于，所述粗级驱动组件(4)包括：

粗级驱动外壳(41)，所述粗级驱动外壳(41)呈内部中空的圆柱状结构；

第一弹簧片(42)，所述第一弹簧片(42)安装于粗级驱动外壳(41)的上端口处；

第一外压圈(43)，通过所述第一外压圈(43)固定第一弹簧片(42)的边缘于粗级驱动外壳(41)上；

粗级电机定子(44)，所述粗级电机定子(44)位于粗级驱动外壳(41)内部；

粗级电机动子(45)，所述粗级电机动子(45)配合粗级电机定子(44)形成机械能；

动力输出轴(46)，所述粗级电机动子(45)形成机械能通过动力输出轴(46)实现动力输出；

所述动力输出轴(46)沿其长度方向延伸至精级驱动组件(5)内；

第二弹簧片(47)，所述第二弹簧片(47)安装于粗级驱动外壳(41)下端口处；

加速度传感器(48)，所述加速度传感器(48)位于动力输出轴(46)的末端用以感应动力输出轴(46)的加速度信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于粗精级驱动组件并联的支腿型多维微振动模拟器，其特征在于，所述精级驱动组件(5)包括：

精级电机驱动外壳(51)；

第三弹簧片(52)，所述第三弹簧片(52)安装于精级电机驱动外壳(51)的上端口处；

第二外压圈(53)，通过所述第二外压圈(53)固定第三弹簧片(52)的边缘于精级电机驱动外壳(51)上；

精级电机定子(54)，所述精级电机定子(54)位于精级电机驱动外壳(51)内部；

精级电机动子(55)，所述精级电机动子(55)配合精级电机定子(54)形成机械能；

动力轴压圈(56)，所述动力轴压圈(56)固定安装于动力输出轴(46)的顶端；

动力输出连接端(57)，所述动力输出连接端(57)的一端位于精级电机驱动外壳(51)上方并通过第三弹簧片(52)与动力轴压圈(56)实现弹性连接；

所述动力输出连接端(57)的另一端与连接轴(6)相连接；其中

所述粗级电机动子(45)或精级电机动子(55)或粗级电机动子(45)与精级电机动子(55)共同驱动动力输出轴(46)运动经由动力轴压圈(56)、第三弹簧片(52)后并通过动力输出连接端(57)传递至连接轴(6)以实现振动输出。

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