一种带有主被动振动控制的角度调节平台的制作方法
【专利摘要】一种带有主被动振动控制的角度调节平台，包括底座，和底座连接的上平台，连接在底座和上平台间的球副柔性铰链，上平台通过其四个角上的直梁型柔性铰链与底座四周支架连接，还包括固定在底座和上平台间的两个音圈电机驱动器和两个主被动振动控制器以及固定在底座上且和上平台留有预设间隙的2～4个限位机构，两个音圈电机驱动器和两个主被动振动控制器关于球副柔性铰链对称设置成正方形分布，且音圈电机驱动器和主被动振动控制器两两相对，限位机构设置在音圈电机驱动器和主被动振动控制器间，在直梁型柔性铰链表面上贴有应变片，应变片分别和其位置靠近的音圈电机驱动器或主被动振动控制器电连接；本发明能够实现精确、稳定的角度调节。
【专利说明】一种带有主被动振动控制的角度调节平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及角度调节和主被动振动控制【技术领域】，具体涉及一种带有主被动振动控制的角度调节平台。
【背景技术】
[0002]角度调节系统被广泛应用于光学工程，微电子制作，微机电系统，航天航空，超精密机械制造和生物医学等领域。传统的角度调节采用的是电机驱动控制，传统电机驱动控制进行角度调节一般由电机控制器、电机以及调节对象组成。传统电机驱动控制进行角度调节存在以下缺陷:一、该传统角度调节由电机输出位移和力，一般行程和力比较大，但精度不高；二、由电机输出位移和力，响应速度慢；三、电机运行过程容易出现振动的现象，导致很难有稳定的角度调节；四、在实际科研工作中，传统电机驱动控制进行角度调节效率低下。
【发明内容】
[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有主被动振动控制的角度调节平台，本发明平台能够实现精确、稳定的角度调节。
[0004]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种带有主被动振动控制的角度调节平台，包括底座6，和底座6四周支架顶端连接的上平台1，连接在底座6和上平台I间的球副柔性铰链2，所述上平台I通过其四个角上的直梁型柔性铰链3与底座6四周支架连接，还包括固定在底座6和上平台I间的两个音圈电机驱动器5和两个主被动振动控制器8以及固定在底座6上且和上平台I留有预设间隙的2?4个限位机构7，所述两个音圈电机驱动器5和两个主被动振动控制器8关于球副柔性铰链2对称设置成正方形分布，且音圈电机驱动器5和主被动振动控制器8两两相对，所述限位机构7设置在音圈电机驱动器5和主被动振动控制器8间，在所述直梁型柔性铰链3表面上贴有应变片4，所述应变片4分别和其位置靠近的音圈电机驱动器5或主被动振动控制器8电连接。
[0006]所述音圈电机驱动器5包括中空桶状音圈电机外壳5-3,嵌于中空桶状音圈电机外壳5-3内底部中央的音圈电机永磁铁5-5,所述音圈电机永磁铁5-5顶部嵌于音圈电机导磁材料5-4底部，音圈电机环氧树脂圆筒5-1插入中空桶状音圈电机外壳5-3内侧壁和音圈电机导磁材料5-4的间隙中，在所述音圈电机环氧树脂圆筒5-1的外壁缠绕有音圈电机线圈5-2。
[0007]所述主被动振动控制器8包括中空桶状外壳8-3，嵌于中空桶状外壳8-3内底部中央的永磁铁8-5,所述永磁铁8-5顶部嵌于导磁材料8-4底部,招制圆筒8-1插入中空桶状外壳8-3内侧壁和导磁材料8-4的间隙中，在所述铝制圆筒8-1的外壁缠绕有线圈8-2。
[0008]所述球副柔性铰链2、音圈电机驱动器5、主被动振动控制器8与上平台I以及直梁型柔性铰链3与底座6间的连接均采用螺栓连接。[0009]本发明和现有技术相比，具有如下优点:
[0010]I)本发明选用音圈电机驱动器，利用应变片采集位移信号，对角度的调节进行闭环控制，从而能够实现高分辨，高精度的角度指向调节，并且响应速度快。
[0011]2)本发明带有主被动振动控制器，当音圈电机驱动器作动以及受到外界扰动平台发生振动时，利用主被动振动控制器，不仅能够实现被动的振动控制，而且可以利用柔性铰链上的应变片反馈的信号，对平台进行振动主动控制，使振动快速地衰减。
[0012]3)支撑机构采用了柔性铰链(球副柔性铰链和直梁型柔性铰链)，柔性铰链利用了弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，获得超高的位移分辨率，减少了机构的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的整体结构图。
[0014]图2为音圈电机驱动器剖面图。
[0015]图3为王被动振动控制器首I]面图。
[0016]图4为本发明角度调节平台调节示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0018]如图1所示，本发明一种带有主被动振动控制的角度调节平台，包括底座6，和底座6四周支架顶端连接的上平台1，连接在底座6和上平台I间的球副柔性铰链2，所述上平台I通过其四个角上的直梁型柔性铰链3与底座6四周支架连接，直梁型柔性铰链3有效提高了上平台I绕竖直方向的扭转刚度，防止其发生不必要的扭转，且对球副柔性铰链2有一定的保护作用。还包括固定在底座6和上平台I间的两个音圈电机驱动器5和两个主被动振动控制器8以及固定在底座6上且和上平台I留有预设间隙的2?4个限位机构7，为了避免平台中心的球副柔性铰链2受到过大的弯曲而损坏，本实施例设置了 3个限位机构7，通过调节限位机构7可以限制机构的角度调节范围，并且在不工作的时候可以利用限位机构7将上平台I夹紧，因此达到保护装置球副柔性铰链2的目的。所述两个音圈电机驱动器5和两个主被动振动控制器8关于球副柔性铰链2对称设置成正方形分布，且音圈电机驱动器5和主被动振动控制器8两两相对，所述限位机构7设置在音圈电机驱动器5和主被动振动控制器8间，在所述直梁型柔性铰链3表面上贴有应变片4，所述应变片4分别和其位置靠近的音圈电机驱动器5或主被动振动控制器8电连接。应变片4和音圈电机驱动器5电连接，利用闭环控制能准确地得到平台的指向角；应变片4和主被动振动控制器8电连接，通过主被动振动控制器8的主动控制能使机构的振动很快地衰减。与此同时，主被动振动控制器8的被动振动控制能实时地抑制振动。
[0019]如图2所不,所述音圈电机驱动器5包括中空桶状音圈电机外壳5-3,嵌于中空桶状音圈电机外壳5-3内底部中央的音圈电机永磁铁5-5,所述音圈电机永磁铁5-5顶部嵌于音圈电机导磁材料5-4底部,音圈电机环氧树脂圆筒5-1插入中空桶状音圈电机外壳5-3内侧壁和音圈电机导磁材料5-4的间隙中,在所述音圈电机环氧树脂圆筒5-1的外壁缠绕有音圈电机线圈5-2。[0020]如图3所示，所述主被动振动控制器8包括中空桶状外壳8-3，嵌于中空桶状外壳8-3内底部中央的永磁铁8-5,所述永磁铁8-5顶部嵌于导磁材料8-4底部,环氧树脂圆筒8-1插入中空桶状外壳8-3内侧壁和导磁材料8-4的间隙中，在所述环氧树脂圆筒8-1的外壁缠绕有线圈8-2。
[0021]作为本发明的优选实施方式，所述球副柔性铰链2、音圈电机驱动器5、主被动振动控制器8与上平台I以及直梁型柔性铰链3与底座6间的连接均采用螺栓连接。
[0022]本发明的工作原理为:当音圈电机驱动器5输入特定的电流信号,通电的音圈电机线圈5-2在音圈电机导磁材料5-4和音圈电机外壳5-3形成的均勻磁场中,可以使其产生线性的驱动力，音圈电机驱动器5输出一定作动位移，则上平台I会随之有一个角度的偏转。通过直梁型柔性铰链3上的应变片4输出的应变信号，经过处理后反馈给和其电连接的音圈电机驱动器5，利用闭环控制实现精确的角度调节。由于音圈电机驱动器5可以产生微米量级的作动位移，所以本发明角度调节平台的角度调节分辨率可以达到微弧级。两个音圈电机驱动器5协调地推拉作动，可以实现两个旋转自由度，其平台指向角调节范围如图4所示。音圈电机驱动器5作动时以及受到外界的扰动，都会使得本发明角度调节平台产生振动，如果依靠平台本身阻尼达到振动衰减到稳定，往往需要较长的时间，因此振动控制是非常必要的。直梁型柔性铰链3上的应变片4能够输出一个振动的信号，对信号进行处理以得到控制信号反馈给主被动振动控制器8，电流信号通过线圈8-2在永磁铁8-5通过导磁材料8-4及外壳8-3形成的均勻磁场中会产生一个与振动方向相反的力(电阻尼)，能使振动快速地衰减。与此同时，主被动振动控制器8采用铝制圆筒8-1在磁场中振动时会产生涡流，从而起到了被动振动控制作用。
【权利要求】
1.一种带有主被动振动控制的角度调节平台，包括底座(6)，和底座(6)四周支架顶端连接的上平台(1)，连接在底座(6)和上平台(I)间的球副柔性铰链(2)，其特征在于:所述上平台(I)通过其四个角上的直梁型柔性铰链(3)与底座(6)四周支架连接，还包括固定在底座(6)和上平台(I)间的两个音圈电机驱动器(5)和两个主被动振动控制器(8)以及固定在底座(6)上且和上平台(I)留有预设间隙的2?4个限位机构(7)，所述两个音圈电机驱动器(5)和两个主被动振动控制器(8)关于球副柔性铰链(2)对称设置成正方形分布，且音圈电机驱动器(5)和主被动振动控制器(8)两两相对，所述限位机构(7)设置在音圈电机驱动器(5 )和主被动振动控制器(8 )间，在所述直梁型柔性铰链(3 )表面上贴有应变片(4 )，所述应变片(4)分别和其位置靠近的音圈电机驱动器(5)或主被动振动控制器(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有主被动振动控制的角度调节平台，其特征在于:所述音圈电机驱动器(5)包括中空桶状音圈电机外壳(5-3),嵌于中空桶状音圈电机外壳(5-3)内底部中央的音圈电机永磁铁(5-5),所述音圈电机永磁铁(5-5)顶部嵌于音圈电机导磁材料(5-4)底部,音圈电机环氧树脂圆筒(5-1)插入中空桶状音圈电机外壳(5-3)内侧壁和音圈电机导磁材料(5-4)的间隙中，在所述音圈电机环氧树脂圆筒(5-1)的外壁缠绕有音圈电机线圈(5-2)。
3.根据权利要求1所述的一种带有主被动振动控制的角度调节平台，其特征在于:所述主被动振动控制器(8 )包括中空桶状外壳(8-3 )，嵌于中空桶状外壳(8-3 )内底部中央的永磁铁(8-5 ),所述永磁铁(8-5 )顶部嵌于导磁材料(8-4 )底部,招制圆筒(8-1)插入中空桶状外壳(8-3)内侧壁和导磁材料(8-4)的间隙中，在所述铝制圆筒(8-1)的外壁缠绕有线圈(8-2)。
4.根据权利要求1所述的一种带有主被动振动控制的角度调节平台，其特征在于:所述球副柔性铰链(2 )、音圈电机驱动器(5 )、主被动振动控制器(8 )与上平台(I)以及直梁型柔性铰链(3 )与底座(6 )间的连接均采用螺栓连接。
【文档编号】F16M11/18GK103499977SQ201310285391
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】陈杰, 徐明龙, 韦娟芳, 于新战, 翟崇朴, 李亮, 何少泽, 张舒文, 安增勇, 张丰 申请人:西安交通大学