一種高精度的Stewart主動隔振平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微振動主動控制和減振領(lǐng)域，具體涉及一種高精度的Stewart主動隔 振平臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 對微振動進(jìn)行抑制，首先要清楚振源的特性，如振源的產(chǎn)生原因、激勵方式、振源 振動特性等。對于在軌狀態(tài)的衛(wèi)星平臺，從引起振動的因素上來講，衛(wèi)星上的振源可以分為 外在擾源和內(nèi)在擾源。
[0003] 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、地球引力場等。這些擾源的振動頻率極低（一般在〇. 01Hz以下），振動幅值 ?。ㄒ话悴怀^10 6g)，作用時間長（等同于航天器在軌飛行時間）。這類振動一般常被認(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。由于載荷對這類 振動不敏感，其影響也較小，在微振動控制中一般不予考慮。
[0004] 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)動等。這類擾源主要以中高頻為主O0.001HZ)，量級可達(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行為所產(chǎn)生；高頻（>lHz)擾源一般由反 作用輪、動量輪、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，是對航天器的載荷性能產(chǎn)生干擾的主要振源。
[0005] 微振動控制的目的是減小或消除衛(wèi)星在軌工作時的往復(fù)運(yùn)動對有效載荷性能的 有害影響，其控制途徑與常規(guī)振動控制一樣，亦從振源、傳遞途徑和被控對象入手。常用的 隔振措施有：對振源采取隔振措施減弱振源的影響；對傳遞路徑（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)振動對載荷的影響。根據(jù)控制方式的不同，又可以分為被動控制、主動控制、半 主動控制（自適應(yīng)控制）、主被動混合控制。
[0006] 總的來說，對振源的隔振主要采用被動控制系統(tǒng)較多，其中的原因除了被動隔振 系統(tǒng)的可靠性高等因素之外，還需要考慮激勵力的特性等因素。但是被動隔振在中低頻 段的效果很差，且精度很低，因此一般采用主動控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)高精度的控制。但是，現(xiàn)有 的主動控制系統(tǒng)存在以下缺陷：靈活度不高，結(jié)構(gòu)較為繁雜，主動控制系統(tǒng)多采用音圈作動 器，靈敏度較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的在于提供一種高精度的Stewart主動隔振平臺，以解決現(xiàn)有的主動控 制系統(tǒng)靈活度不高，結(jié)構(gòu)較為繁雜，主動控制系統(tǒng)多采用音圈作動器，靈敏度較差的技術(shù)性 問題。
[0008] 本發(fā)明目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種高精度的Stewart主動隔振平臺，包括載荷平臺、基礎(chǔ)平臺、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，
[0010] 所述上連接塊均勻分布于所述載荷平臺的底面；
[0011] 所述下連接塊均勻分布于所述基礎(chǔ)平臺的頂面；
[0012] 每一上連接塊上連接有兩個所述上彈性鉸，與同一上連接塊相連的兩個所述上彈 性鉸的軸線相互垂直；
[0013] 每一下連接塊上連接有兩個所述下彈性鉸，與同一下連接塊相連的兩個所述下彈 性鉸的軸線相互垂直；
[0014] 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 的兩個壓電棒的軸線相互垂直。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 優(yōu)選地，所述上連接塊通過螺釘與所述載荷平臺連接，所述下連接塊通過螺釘與 所述基礎(chǔ)平臺連接。
[0020] 優(yōu)選地，所述上連接塊和所述下連接塊均為3個，所述3個上連接塊均勾分布于 同一圓周上，所述3個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。
[0021] 優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)平臺上設(shè)有固定結(jié)構(gòu)。
[0022] 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)平臺上的六個鍵槽、三個定位孔 和六個光孔。
[0023] 優(yōu)選地，所述壓電棒為壓電陶瓷。
[0024] 優(yōu)選地，所述載荷平臺與所述基礎(chǔ)平臺平行設(shè)置。
[0025] 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。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：
[0027] 1、本發(fā)明的主動隔振平臺通過壓電棒的伸縮來控制載荷平臺的姿態(tài)變化從而達(dá) 到主動控制隔離微小振動的目的，該主動隔振平臺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)簡單。
[0028] 2、本發(fā)明的主動隔振平臺結(jié)合了主動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控制。
[0029] 3、本發(fā)明的主動隔振平臺的主動安裝布置方式，在結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)各方向的統(tǒng)一 剛度，簡化了運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的計(jì)算和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時還可以實(shí)現(xiàn)通過控制壓電棒 的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)微小振動的隔尚和一定?11圍的調(diào)姿功能。
[0030] 4、本發(fā)明的主動隔振平臺在壓電棒與平臺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，可以限制三個方向的位移只提供三個方向的轉(zhuǎn)動，而且此彈性鉸的剛度合適，保證了平 臺的位姿調(diào)整功能。
[0031] 5、本發(fā)明的主動隔振平臺的任意兩個相鄰的壓電棒是互相垂直的，因此能實(shí)現(xiàn)在 三個軸線方向上的解耦，某一軸線上的運(yùn)動可以由兩個壓電棒上的運(yùn)動來決定，而與其它 四個壓電棒的運(yùn)動無關(guān)。
[0032] 6、本發(fā)明的主動隔振平臺的壓電棒和上、下平臺的六個連接點(diǎn)（每個連接點(diǎn)固定 兩個壓電棒）相互對稱，并且上、下平臺互相平行，因此該機(jī)構(gòu)模型便于承載負(fù)載物體。
[0033] 7、本發(fā)明的主動隔振平臺的各壓電棒的名義腿長相等，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。
[0034] 8、本發(fā)明的主動隔振平臺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。
[0035] 9、本發(fā)明的主動隔振平臺由于六個壓電棒在結(jié)構(gòu)上的對稱性，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，因此能簡化控制 方法的設(shè)計(jì)。
[0036] 10、由于采用了立方體Stewart平臺的結(jié)構(gòu)，具有對稱性，兩個相鄰的壓電棒是互 相垂直的，因此能實(shí)現(xiàn)在三個軸線方向上的解耦，某一軸線上的運(yùn)動可以由兩個壓電棒上 的運(yùn)動來決定，因此，本發(fā)明的主動隔振平臺簡化了壓電棒和平臺位姿之間的運(yùn)動學(xué)關(guān)系 及各壓電棒上的承載力與平臺上載荷的關(guān)系。
[0037] 11、本發(fā)明的主動隔振平臺在單頻擾動下具有25dB以上的衰減，對于隨機(jī)擾動也 有8dB的衰減。
[0038] 12、本發(fā)明的主動隔振平臺由于使用了壓電棒，可以有效的提高控制精度和反應(yīng) 速度。
[0039] 13、本發(fā)明的主動隔振平臺采用立方體結(jié)構(gòu)的Stewart平臺，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動 學(xué)方面的解耦。
[0040] 14、本發(fā)明的主動隔振平臺是一種簡單、高效、靈活、高精度的主動隔振平臺設(shè)計(jì)， 通過該隔振平臺，可以有效的對中低頻內(nèi)的微振動進(jìn)行控制，并且可以根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行 等比例的放大尺寸來承載不同重量的設(shè)備。
【附圖說明】
[0041] 圖1為本發(fā)明的主動隔振平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明的上彈性鉸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明的上連接塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖4為本發(fā)明的下連接塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖5為本發(fā)明的下彈性鉸的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為載荷平臺和基礎(chǔ)平臺的坐標(biāo)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠清楚、完整的知曉 本發(fā)明的內(nèi)容并可以實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，實(shí)施例中公開了大量的細(xì)節(jié)。但是，很顯然 地，沒有這些細(xì)節(jié)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的技術(shù)方案，達(dá)到本發(fā)明的目的，實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的效果。這些細(xì)節(jié)是發(fā)明人經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而選擇的最優(yōu)的實(shí)施方式，并不用來 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的內(nèi)容為準(zhǔn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 根據(jù)本申請文件公開的內(nèi)容無需創(chuàng)造性勞動而得到的技術(shù)方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0047] 實(shí)施例1
[0048] 請參閱圖1，一種高精度的Stewart主動隔振平臺，包括載荷平臺1、基礎(chǔ)平臺2、若 干上連接塊3、若干下連接塊4、若干上彈性鉸5、若干下彈性鉸6和若干壓電棒7,其中，
[0049] 所述載荷平臺1與所述基礎(chǔ)平臺2平行設(shè)置；