准零刚度隔振与指向一体化平台制造技术

一种准零刚度隔振与指向一体化平台，包括：底座平台、工作平台以及若干设置于两者之间的具有准零刚度特性的支腿机构，支腿机构的一端与底座平台之间通过两轴柔性铰链相连，支腿机构的另一端与工作平台通过三轴柔性铰链相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离和指向控制。本发明专利技术利用线性和非线性正刚度结构补偿负刚度结构设计了无源准零刚度结构和有源准零刚度结构，将无源准零刚度结构与有源准零刚度结构进行复合形成了准零刚度支腿，可承受大负载，并可通过平移无源准零刚度结构的负刚度结构实现无源准零刚度结构的理想平衡位置调节，平移有源准零刚度结构的非线性正刚度结构、调节通电电流大小实现有源准零刚度结构的理想平衡位置调节，从而使支腿长度可调，具有指向功能。有指向功能。有指向功能。

【技术实现步骤摘要】
准零刚度隔振与指向一体化平台


[0001]本专利技术涉及的是一种振动隔离领域的技术，具体是一种准零刚度隔振与指向一体化平台。

技术介绍

[0002]遥感卫星、深空探测望远镜等航天器上的敏感载荷对工作环境要求愈发苛刻，单一的振动控制或位姿控制已难以满足上述高精尖设备日益精进的性能指标，需要发展综合振动隔离和运动补偿方法的隔振与指向协同控制技术。传统隔振和指向协同控制方法是将隔振系统与指向系统串联，分别独立控制，结构复杂，成本昂贵，体积和重量大，隔振频带与指向控制裕度相互制约，影响隔振与指向性能。已有隔振与指向一体化平台大多是基于精密定位或振动主动控制原理实现的，具有成本高昂，调节能量消耗大，行程小，承载小，调姿范围有限，对中、高频振动抑制不足的缺点。准零刚度隔振方法兼顾高承载力和宽隔振频带，研究准零刚度隔振与指向一体化控制方法，能够拓宽通过动隔振频带，减小主动控制带宽，降低能量消耗，解决隔振频带与指向控制裕度的矛盾，提高隔振与指向性能。但目前将准零刚度隔振控制与指向控制一体设计还有诸多限制，如现有准零刚度实现方法，设计要求严苛，平衡位置不可调节，对负载匹配要求较高，导致准零刚度隔振方法难以应用到对调平、姿态控制有要求的工程领域中。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术不具备隔振与指向功能的不足，提出一种准零刚度隔振与指向一体化平台，利用线性和非线性正刚度结构补偿负刚度结构设计了无源准零刚度结构和有源准零刚度结构，将无源准零刚度结构与有源准零刚度结构进行复合形成了准零刚度支腿，可承受大负载，并可通过平移无源准零刚度结构的负刚度结构实现无源准零刚度结构的理想平衡位置调节，平移有源准零刚度结构的非线性正刚度结构、调节通电电流大小实现有源准零刚度结构的理想平衡位置调节，从而使支腿长度可调，具有指向功能。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术涉及一种准零刚度隔振与指向一体化平台包括：底座平台、工作平台以及若干设置于两者之间的具有准零刚度特性的支腿机构，其中：支腿机构的一端与底座平台之间通过两轴柔性铰链相连，支腿机构的另一端与工作平台通过三轴柔性铰链相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离和指向控制。技术效果
[0006]本专利技术利用非线性正刚度结构补偿负刚度结构实现有源准零刚度结构，将有源准零刚度结构与无源准零刚度结构复合形成多自由度隔振平台支腿，驱动无源准零刚度结构的负刚度结构实现无源准零刚度结构的调节理想平衡位置，以及驱动有源准零刚度结构的非线性正刚度结构、调节通电电流大小调节有源准零刚度结构的理想平衡位置调节。
[0007]与现有技术相比，本专利技术无源准零刚度结构可承受大负载，有源准零刚度隔振结
构额定负载与电流大小成正比。将无源准零刚度结构与有源准零刚度结构进行复合形成了平台准零刚度支腿。通过平移无源准零刚度结构的负刚度结构和有源准零刚度结构的非线性正刚度结构，调节通电电流大小实现平台的指向功能，同时不失准零刚度隔振特性。本专利技术结合准零刚度通过动隔振优点，将准零刚度隔振与指向一体化设计，承载能力大，能够拓宽通过动隔振频带，减小主动控制带宽，降低能量消耗，解决隔振频带与指向控制裕度的矛盾，提高隔振与指向性能。
附图说明
[0008]图1为本专利技术结构示意图；
[0009]图2为隔振台支腿的整体结构示意图；
[0010]图3为隔振台支腿的剖视图；
[0011]图4为本专利技术无源准零刚度结构的力
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位移关系图；
[0012]图5为本专利技术有源准零刚度结构的力
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位移关系图；
[0013]图6为本专利技术有源准零刚度结构在不同电流下的力
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位移关系图；
[0014]图7为本专利技术无源准零刚度结构的理想平衡位置调节图；
[0015]图8为本专利技术有源准零刚度结构的理想平衡位置调节图；
[0016]图中：1底座平台、2两轴柔性铰链、3支腿、4三轴柔性铰链、5工作平台、301电机盖、302底座、303下支架、304转接法兰、305锥形线圈座、306上端盖、307电机、308第一螺栓、309第二螺栓、310第三螺栓、311球轴承、312第四螺栓、313悬臂梁、314第五螺栓、315夹块、316第六螺栓、317第七螺栓、318第八螺栓、319第一簧片、320第一螺母、321导杆、322第二螺母、323第三螺母、324第一永磁铁、325锥形线圈、326第九螺栓、327第四螺母、328悬臂梁固定座、329第五螺母、330第二永磁铁、331第六螺母、332柱形线圈、333第十螺栓、334第二簧片、335凸块、336托板、337第十一螺栓。
具体实施方式
[0017]如图1所示，为本实施例涉及一种准零刚度隔振与指向一体化平台包括：底座平台1、工作平台5以及若干设置于两者之间的具有准零刚度特性的支腿3，其中：支腿3的一端与底座平台1之间通过两轴柔性铰链2相连，支腿机构的另一端与工作平台通过三轴柔性铰链4相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离和指向控制。
[0018]如图2和图3所示，所述的支腿3包括：外框架、设置于其内部的转动机构以及设置于转动机构上的无源准零刚度结构和有源准零刚度结构。
[0019]所述的转动机构包括：依次相连的电机307、托板336、凸块335和导杆321，其中：导杆321设置于外框架的中心轴位置，电机307依次驱动托板336、凸块335带动导杆321旋转，凸块335通过中心孔与托板336套合，并通过螺栓固定连接，托板336与电机307输出轴连接，电机307通过螺栓与底座302固定连接。
[0020]所述的电机307优选采用直线步进电机。
[0021]所述的无源准零刚度结构包括：第一簧片319、第二簧片334、悬臂梁313和悬臂梁固定座328，其中：第一簧片319和第二簧片334分别设置于导杆321的上下两端，悬臂梁313通过悬臂梁固定座328固定设置于导杆321上。
[0022]所述的悬臂梁固定座328通过中心孔套合于导杆321上，一侧靠紧轴肩，另一侧由螺母压紧；悬臂梁313一端通过压块和螺栓固定设置于悬臂梁固定座328，另一端通过球轴承311与凸块335表面相接触。
[0023]所述的凸块335具有不完整球面球状，当承载时，悬臂梁313会产生挠曲变形，并在凸块335表面滑动，改变恢复力在竖直方向的分力，提供双稳态负刚度。
[0024]所述的第一簧片319通过螺栓固定设置于上端盖306，第一簧片319中间通过上下两侧螺母夹紧与导杆321固定连接。
[0025]所述的第二簧片334通过螺栓固定设置于凸块335内部，上侧贴紧导杆321下端，第二簧片334下侧通过旋合进中心螺纹孔的螺栓压紧。
[0026]所述的第一簧片319和第二簧片334具有线性刚度。
[0027]所述的外框架包括：由下而上依次设置的底座302、电机盖301、下支架303、转接法兰304、锥形线圈座30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征在于，包括：底座平台、工作平台以及若干设置于两者之间的具有准零刚度特性的支腿机构，其中：支腿机构的一端与底座平台之间通过两轴柔性铰链相连，支腿机构的另一端与工作平台通过三轴柔性铰链相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离和指向控制；所述的支腿包括：外框架、设置于其内部的转动机构以及设置于转动机构上的无源准零刚度结构和有源准零刚度结构；所述的转动机构包括：依次相连的电机、托板、凸块和导杆，其中：导杆设置于外框架的中心轴位置，电机依次驱动托板、凸块带动导杆旋转，凸块通过中心孔与托板套合，并通过螺栓固定连接，托板与电机输出轴连接，电机通过螺栓与底座固定连接。2.根据权利要求1所述的准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征是，所述的无源准零刚度结构包括：第一簧片、第二簧片、悬臂梁和悬臂梁固定座，其中：第一簧片和第二簧片分别设置于导杆的上下两端，悬臂梁通过悬臂梁固定座固定设置于导杆上。3.根据权利要求2所述的准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征是，所述的悬臂梁固定座通过中心孔套合于导杆上，一侧靠紧轴肩，另一侧由螺母压紧；悬臂梁一端通过压块和螺栓固定设置于悬臂梁固定座，另一端通过球轴承与凸块表面相接触；所述的第一簧片通过螺栓固定设置于上端盖，第一簧片中间通过上下两侧螺母夹紧与导杆固定连接；所述的第二簧片通过螺栓固定设置于凸块内部，上侧贴紧导杆下端，第二簧片下侧通过旋合进中心螺纹孔的螺栓压紧。4.根据权利要求2所述的准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征是，所述的第一簧片和第二簧片具有线性刚度，对应所述的凸块具有不完整球面球状，当承载时，悬臂梁会产生挠曲变形，并在凸块表面滑动，改变恢复力在竖直方向的分力，提供双稳态负刚度。5.根据权利要求1所述的准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征是，所述的外框架包括：由下而上依次设置的底座、电机盖、下支架、转接法兰、锥形线圈座和上端盖。6.根据权利要求5所述的准零刚度隔振与指向一体化平台，其特征是，所述的底座的上、下表面分别设有圆柱凸缘，对应电机盖上设有中心孔，与底座下凸缘套合，并通过螺栓固定连接；所述的下支架为圆筒状结构，与底座上凸缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢佳佳，张文明，颜格，亓文豪，闫寒，时军委，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：