[发明专利]一种基于柔性平行四边形机构的精密指向平台

说明书

本发明涉及一种基于柔性平行四边形机构的精密指向平台，属于精密指向平台领域，解决了现有的精密柔性指向平台缺乏有效的指向运动导向机构，致使其输出平台转动中心发生漂移、驱动器没有对有害的横向运动进行有效隔离的问题。本发明的基于柔性平行四边形机构的精密指向平台，包括：基座组件、输出平台组件、外套筒、平行四边形旋转导向机构、转接座组件、压电陶瓷驱动器和预紧组件。本发明的精密指向平台采用柔性平行四边形机构进行旋转导向且输入端设置凸圆接触台，输出平台具有固定的转动中心。本发明实现了输出平台的转动中心不发生漂移，从而确保稳定的指向精度，输入端设置凸圆接触台可以减少横向载荷对压电陶瓷驱动器的不利影响。

技术领域

本发明涉及精密指向领域，尤其涉及一种基于柔性平行四边形机构的精密指向平台。

背景技术

精密指向平台广泛应用于空间激光通信、精密捕获、瞄准和跟踪、对地天文观测及天文望远镜等领域，用于实现对承载设备的小范围、快速精密指向定位。指向平台在机构设计上可以采用刚性机构和柔性机构(compliant mechanism)两种设计方式。刚性指向平台的运动关节多为传统的刚性运动副，如齿轮、轴承、虎克铰、球铰等，多用于大角度偏转的场合，如天线指向机构、武器系统火控、侦察平台等。但刚性运动副存在固有的摩擦、回程间隙等非线性问题，这导致传统的刚性指向平台指向精度均不高。与刚性机构不同，柔性机构是一类利用材料的弹性变形传递运动、力或能量的新型机构。柔性机构具有加工简单、无机械摩擦、无间隙、高精度和免于装配等优点。采用柔性机构作为支撑结构，可以给指向平台带来更高的指向精度和更快的响应速度。

基于柔性机构的精密指向平台，其常用的驱动方式一般包括：压电陶瓷驱动、音圈电机驱动、磁致伸缩驱动和形状记忆合金驱动等。其中，压电陶瓷驱动器(PZT)应用最为广泛。压电陶瓷驱动器通过对压电材料施加电压以获取机械变形，它具有分辨率高、响应快速、驱动力大等优点。因此，压电陶瓷驱动器非常适合作为精密指向平台的驱动器选用，以满足系统的高精度、快速响应需求。

精密指向平台一般具有空间二维偏转两个自由度，其驱动结构形式可以分为两点并联、三点并联或四点并联驱动几种。两点并联驱动结构采用两个垂直布置的驱动器进行驱动，这种驱动结构形式简单，但结构的不对称会导致驱动器预紧力不平衡，使得平台在预紧时产生不必要的偏转。此外，柔性铰链的不对称布置会使指向平台产生温度漂移误差，降低指向精度。三点并联驱动结构采用三个驱动器呈120°对称布置，这种驱动结构解决了两点并联驱动结构存在的预紧偏转问题，并且消除了温度漂移误差。但三点并联驱动结构的三路驱动输入相互耦合，需要通过坐标变换进行解算，系统控制较为复杂。四点并联驱动结构采用四个驱动器相互呈90°对称布置，通过控制两个相对的驱动器进行差动输入实现某一偏转自由度的调整。四点并联驱动结构同样可以避免预紧偏转和温度漂移问题，并且相比于三点并联驱动结构，其输入控制更为简便。

但是，现有的精密柔性指向平台，其柔性支撑结构多采用简单的多轴铰链关节(如全向缺口式铰链或串联簧片式铰链)，指向运动的旋转导向仅仅依靠控制驱动器的伸长或缩短实现，指向平台的输出平台会出现不必要的轴向和侧向寄生运动。其原因是指向平台的输出平台缺乏固定的转动中心，转动中心受驱动输入变化影响会发生漂移。此外，由于压电陶瓷驱动器直接与多轴铰链关节固联，随着输出平台转动角度的增加，驱动器的横向受力会越来越大，很容易超出其横向剪切受力极限，对驱动器造成破坏。归根结底，现有的精密柔性指向平台缺乏有效的指向运动导向机构，致使其输出平台转动中心发生漂移、驱动器没有对有害的横向运动进行有效隔离。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于柔性平行四边形旋转导向机构的精密指向平台，该指向平台的输出平台具有固定的转动中心，转动中心不会随驱动器的输入变化而漂移，并且在旋转导向机构的几何约束下，对驱动器有害的横向运动可以被有效隔离。

本发明提供一种基于柔性平行四边形机构的精密指向平台，包括：基座组件、输出平台组件、外套筒、平行四边形旋转导向机构、转接座组件、压电陶瓷驱动器和预紧组件。