一種高精度的Stewart主動(dòng)隔振平臺(tái)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種高精度的Stewart主動(dòng)隔振平臺(tái)，包括載荷平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)、若干上連接塊、若干下連接塊、若干上彈性鉸、若干下彈性鉸和若干壓電棒，上連接塊均勻分布于載荷平臺(tái)的底面；下連接塊均勻分布于基礎(chǔ)平臺(tái)的頂面；每一上連接塊上連接有兩個(gè)上彈性鉸，與同一上連接塊相連的兩個(gè)上彈性鉸的軸線相互垂直；每一下連接塊上連接有兩個(gè)下彈性鉸，與同一下連接塊相連的兩個(gè)下彈性鉸的軸線相互垂直；壓電棒的兩端分別與上彈性鉸、下彈性鉸連接，任意相鄰的兩個(gè)壓電棒的軸線相互垂直。本發(fā)明專利技術(shù)通過壓電棒的伸縮來控制載荷平臺(tái)的姿態(tài)變化從而達(dá)到主動(dòng)控制隔離微小振動(dòng)的目的，該主動(dòng)隔振平臺(tái)的靈敏度和靈活度都較高，具備高精度的特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微振動(dòng)主動(dòng)控制和減振領(lǐng)域，具體涉及一種高精度的Stewart主動(dòng)隔 振平臺(tái)。
技術(shù)介紹
對(duì)微振動(dòng)進(jìn)行抑制，首先要清楚振源的特性，如振源的產(chǎn)生原因、激勵(lì)方式、振源 振動(dòng)特性等。對(duì)于在軌狀態(tài)的衛(wèi)星平臺(tái)，從引起振動(dòng)的因素上來講，衛(wèi)星上的振源可以分為 外在擾源和內(nèi)在擾源。 外在擾源主要包括：太陽輻射光壓、微粒子碰撞、太陽及月球引力、軌道的橢圓形、 地球扁率影響、地球引力場(chǎng)等。這些擾源的振動(dòng)頻率極低（一般在〇. 01Hz以下），振動(dòng)幅值 小（一般不超過10 6g)，作用時(shí)間長(zhǎng)（等同于航天器在軌飛行時(shí)間）。這類振動(dòng)一般常被認(rèn) 為是不易消除的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)加速度的背景干擾，主要受衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)影響。由于載荷對(duì)這類 振動(dòng)不敏感，其影響也較小，在微振動(dòng)控制中一般不予考慮。 內(nèi)在擾源主要包括衛(wèi)星的熱控系統(tǒng)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、太陽翼 等部件的運(yùn)動(dòng)等。這類擾源主要以中高頻為主O0.001HZ)，量級(jí)可達(dá)到10 2g。其中，中頻 (0. 001Hz~1Hz)擾源一般由載荷或宇航員的瞬時(shí)行為所產(chǎn)生；高頻（>lHz)擾源一般由反 作用輪、動(dòng)量輪、壓縮機(jī)、水栗、推進(jìn)器點(diǎn)火等引起。這類擾源具有頻段寬、低頻高幅、高頻低 幅等特性，是對(duì)航天器的載荷性能產(chǎn)生干擾的主要振源。 微振動(dòng)控制的目的是減小或消除衛(wèi)星在軌工作時(shí)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)有效載荷性能的 有害影響，其控制途徑與常規(guī)振動(dòng)控制一樣，亦從振源、傳遞途徑和被控對(duì)象入手。常用的 隔振措施有：對(duì)振源采取隔振措施減弱振源的影響；對(duì)傳遞路徑（或結(jié)構(gòu)）進(jìn)行優(yōu)化，減小 傳遞路徑在載荷作用下的響應(yīng)；采用載荷隔離技術(shù)，即在載荷和安裝結(jié)構(gòu)之間加入隔振裝 置，減少結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)載荷的影響。根據(jù)控制方式的不同，又可以分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半 主動(dòng)控制（自適應(yīng)控制）、主被動(dòng)混合控制。 總的來說，對(duì)振源的隔振主要采用被動(dòng)控制系統(tǒng)較多，其中的原因除了被動(dòng)隔振 系統(tǒng)的可靠性高等因素之外，還需要考慮激勵(lì)力的特性等因素。但是被動(dòng)隔振在中低頻 段的效果很差，且精度很低，因此一般采用主動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高精度的控制。但是，現(xiàn)有 的主動(dòng)控制系統(tǒng)存在以下缺陷：靈活度不高，結(jié)構(gòu)較為繁雜，主動(dòng)控制系統(tǒng)多采用音圈作動(dòng) 器，靈敏度較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于提供一種高精度的Stewart主動(dòng)隔振平臺(tái)，以解決現(xiàn)有的主動(dòng)控 制系統(tǒng)靈活度不高，結(jié)構(gòu)較為繁雜，主動(dòng)控制系統(tǒng)多采用音圈作動(dòng)器，靈敏度較差的技術(shù)性 問題。 本專利技術(shù)目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： -種高精度的Stewart主動(dòng)隔振平臺(tái)，包括載荷平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)、若干上連接塊、 若干下連接塊、若干上彈性鉸、若干下彈性鉸和若干壓電棒，其中， 所述上連接塊均勻分布于所述載荷平臺(tái)的底面； 所述下連接塊均勻分布于所述基礎(chǔ)平臺(tái)的頂面； 每一上連接塊上連接有兩個(gè)所述上彈性鉸，與同一上連接塊相連的兩個(gè)所述上彈 性鉸的軸線相互垂直； 每一下連接塊上連接有兩個(gè)所述下彈性鉸，與同一下連接塊相連的兩個(gè)所述下彈 性鉸的軸線相互垂直； 所述壓電棒的一端與所述上彈性鉸連接，另一端與所述下彈性鉸連接，任意相鄰 的兩個(gè)壓電棒的軸線相互垂直。 優(yōu)選地，所述下彈性鉸的下部設(shè)有外螺紋，所述下連接塊設(shè)有與所述外螺紋相配 合的螺紋孔，所述下彈性鉸的下部與所述下連接塊螺接。 優(yōu)選地，所述下彈性鉸的上端中心設(shè)有螺紋孔，所述壓電棒的下端中心設(shè)有螺紋 孔，所述下彈性鉸與所述壓電棒通過緊定螺釘連接。 優(yōu)選地，所述壓電棒的上部設(shè)有外螺紋，所述上彈性鉸的下端中心設(shè)有與所述外 螺紋相配合的螺紋孔，所述壓電棒與所述上彈性鉸螺接。 優(yōu)選地，所述上彈性鉸的上部設(shè)有外螺紋，所述上連接塊設(shè)有與所述外螺紋相配 合的螺紋孔，所述上彈性鉸的上部與所述上連接塊螺接。 優(yōu)選地，所述上連接塊通過螺釘與所述載荷平臺(tái)連接，所述下連接塊通過螺釘與 所述基礎(chǔ)平臺(tái)連接。 優(yōu)選地，所述上連接塊和所述下連接塊均為3個(gè)，所述3個(gè)上連接塊均勾分布于 同一圓周上，所述3個(gè)下連接塊均勻分布于同一圓周上；所述上彈性鉸、所述下彈性鉸和所 述壓電棒均為6個(gè)。 優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)平臺(tái)上設(shè)有固定結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，所述固定結(jié)構(gòu)包括均勻設(shè)置在所述基礎(chǔ)平臺(tái)上的六個(gè)鍵槽、三個(gè)定位孔 和六個(gè)光孔。 優(yōu)選地，所述壓電棒為壓電陶瓷。 優(yōu)選地，所述載荷平臺(tái)與所述基礎(chǔ)平臺(tái)平行設(shè)置。 優(yōu)選地，所述上彈性鉸和所述下彈性鉸均為圓柱形，所述上彈性鉸和所述下彈性 鉸的中部均設(shè)有切槽。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)有以下有益效果： 1、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)通過壓電棒的伸縮來控制載荷平臺(tái)的姿態(tài)變化從而達(dá) 到主動(dòng)控制隔離微小振動(dòng)的目的，該主動(dòng)隔振平臺(tái)的靈敏度和靈活度都較高，具備高精度 的特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)結(jié)合了主動(dòng)控制和壓電陶瓷高靈敏性的優(yōu)點(diǎn)，可以在中 低頻率段實(shí)現(xiàn)有效的高精度的微振動(dòng)控制。 3、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)的主動(dòng)安裝布置方式，在結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)各方向的統(tǒng)一 剛度，簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)通過控制壓電棒 的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)微小振動(dòng)的隔尚和一定?11圍的調(diào)姿功能。 4、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)在壓電棒與平臺(tái)之間采用彈性鉸的連接方式，此彈性鉸 采用圓柱形中間設(shè)切槽的結(jié)構(gòu)，其縱向剛度很大，而扭轉(zhuǎn)剛度較小，因此可以起到球鉸的效 果，可以限制三個(gè)方向的位移只提供三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且此彈性鉸的剛度合適，保證了平 臺(tái)的位姿調(diào)整功能。 5、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)的任意兩個(gè)相鄰的壓電棒是互相垂直的，因此能實(shí)現(xiàn)在 三個(gè)軸線方向上的解耦，某一軸線上的運(yùn)動(dòng)可以由兩個(gè)壓電棒上的運(yùn)動(dòng)來決定，而與其它 四個(gè)壓電棒的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。 6、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)的壓電棒和上、下平臺(tái)的六個(gè)連接點(diǎn)（每個(gè)連接點(diǎn)固定 兩個(gè)壓電棒）相互對(duì)稱，并且上、下平臺(tái)互相平行，因此該機(jī)構(gòu)模型便于承載負(fù)載物體。 7、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)的各壓電棒的名義腿長(zhǎng)相等，因此有利于各壓電棒上的 執(zhí)行器和傳感器的安裝設(shè)計(jì)，相關(guān)的連接方式、鉸鏈的選擇和傳感器的定位都可以采用相 同的方式。 8、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)的各壓電棒上的傳感器可以安裝在壓電棒的軸向上，因 此獲得的傳感器信號(hào)也具有方向正交性，因此有利于把多輸入輸出（MHTO)控制問題轉(zhuǎn)化 成單輸入輸出（SIS0)控制問題。 9、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)由于六個(gè)壓電棒在結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，因此各壓電棒上將 平均分配負(fù)載力。從控制的角度分析，可以認(rèn)為壓電棒上具有相同的權(quán)值，因此能簡(jiǎn)化控制 方法的設(shè)計(jì)。 10、由于采用了立方體Stewart平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，具有對(duì)稱性，兩個(gè)相鄰的壓電棒是互 相垂直的，因此能實(shí)現(xiàn)在三個(gè)軸線方向上的解耦，某一軸線上的運(yùn)動(dòng)可以由兩個(gè)壓電棒上 的運(yùn)動(dòng)來決定，因此，本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)簡(jiǎn)化了壓電棒和平臺(tái)位姿之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系 及各壓電棒上的承載力與平臺(tái)上載荷的關(guān)系。 11、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)在單頻擾動(dòng)下具有25dB以上的衰減，對(duì)于隨機(jī)擾動(dòng)也 有8dB的衰減。 12、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)由于使用了壓電棒，可以有效的提高控制精度和反應(yīng) 速度。 13、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)采用立方體結(jié)構(gòu)的Stewart平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 學(xué)方面的解耦。 14、本專利技術(shù)的主動(dòng)隔振平臺(tái)是一種簡(jiǎn)單、高效、靈活、高精度的主動(dòng)隔振平臺(tái)設(shè)計(jì)， 通過該隔振平臺(tái)，可以有效的對(duì)中低頻內(nèi)的微振動(dòng)進(jìn)行控制，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高精度的Stewart主動(dòng)隔振平臺(tái)，其特征在于，包括載荷平臺(tái)、基礎(chǔ)平臺(tái)、若干上連接塊、若干下連接塊、若干上彈性鉸、若干下彈性鉸和若干壓電棒，其中，所述上連接塊均勻分布于所述載荷平臺(tái)的底面；所述下連接塊均勻分布于所述基礎(chǔ)平臺(tái)的頂面；每一上連接塊上連接有兩個(gè)所述上彈性鉸，與同一上連接塊相連的兩個(gè)所述上彈性鉸的軸線相互垂直；每一下連接塊上連接有兩個(gè)所述下彈性鉸，與同一下連接塊相連的兩個(gè)所述下彈性鉸的軸線相互垂直；所述壓電棒的一端與所述上彈性鉸連接，另一端與所述下彈性鉸連接，任意相鄰的兩個(gè)壓電棒的軸線相互垂直。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李喬博，王超新，陳燕毫，張志誼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31