在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构的制作方法
【专利摘要】在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构，设置在望远镜机架与望远镜副镜之间，特征是设有三个平动自由度和两个转动自由度的五维并联运动机构，包括静平台、动平台、第一、第二、第三、第四、第五压电陶瓷驱动杆；五组压电陶瓷驱动杆的两端分别与静平台、动平台连接；通过第一、第二、第三压电陶瓷驱动杆的运动可产生沿z轴的平动和绕x、y轴的转动；通过第四、第五压电陶瓷驱动杆的运动可产生沿x、y轴的平动。本发明可支持天文望远镜在极端环境下工作，优点是：驱动机构采用压电陶瓷，解决了电机在极端环境下产生的问题。整套机构没有采用传动机构，提高了运动精度。可承载很大的侧向载荷。消除了运动的干涉问题，方便控制。
【专利说明】在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械设计制造【技术领域】，具体涉及一种在极端环境下工作的五自由度 天文望远镜副镜调整机构，是一种太空望远镜、南极望远镜等极端环境下天文望远镜副镜 的调整机构。
【背景技术】
[0002] 在大口径光学望远镜系统中，主镜和副镜(次镜）的相对位置和姿态对于高质量成 像有着重要的影响，但大口径望远镜的主镜的质量和体积相对较大，因此，常常将次镜设计 成多自由度可以调整的机构。目前，在天文望远镜副镜调整机构上广泛应用的是Stewart 六杆机构，六杆机构结构简单，结构刚度高，精度高，灵活性强，但是存在各杆件间相互干涉 的问题，容易出现系统的卡死，对控制系统的要求非常严格。由于六杆机构的结构特征，使 得六杆机构的侧向载荷很小，仅有其轴向载荷的十分之一左右。
[0003] 目前，为了天文观测的需要，在太空环境或南极环境等极端条件下设置天文望远 镜的需要越来越多。天文望远镜在这类极端环境下工作，对望远镜副镜调整机构的技术要 求也越来越高。而上述的现有技术尚无法完全满足这类要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种可以在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调 整机构，可以解决现有六杆机构侧向载荷小、各杆之间相互干涉、控制困难等问题。
[0005] 本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种在极端环境下工作的五自由度天文 望远镜副镜调整机构，本副镜调整机构设置在望远镜机架与望远镜副镜之间，其特征在于， 本副镜调整机构设有三个平动自由度和两个转动自由度的五维并联运动机构，其中包括静 平台、动平台、第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、第四驱动杆和第五驱动杆；所述第一 驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、第四驱动杆和第五驱动杆的两端分别与所述的静平台、 动平台连接；通过第一、第二、第三驱动杆的运动可以产生沿z轴的平动和绕x、y轴的转动； 通过第四、第五驱动杆的运动可以产生沿X、y轴的平动。
[0006] 所述第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、第四驱动杆和第五驱动杆的运动方式 采用改变各驱动杆长度的方式，方便计算，使得整体运动更易于控制。其中，所述驱动杆的 驱动方式采用压电陶瓷驱动，有高精度、耐低温的特点，并可以通过若干个压电陶瓷的叠加 达到预期位移量，有效的解决了极端环境下的高精度驱动问题。
[0007] 在优化方案中，各压电陶瓷驱动杆的两端与静平台、动平台的具体连接方式是： 所述第一压电陶瓷驱动杆通过第1虎克铰(或球面副）和静平台连接，通过第2虎克铰 (或球面副）和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；所述第二压电陶瓷驱动 杆通过第3虎克铰(或球面副)和静平台连接，通过第4虎克铰(或球面副)和动平台连接，通 过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；所述第三压电陶瓷驱动杆通过第5虎克铰(或球面副） 和静平台连接，通过第6虎克铰(或球面副)和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台 运动；通过第一、第二、第三压电陶瓷驱动杆的运动可以产生沿Z轴的平动和绕X、y轴的转 动； 所述第四压电陶瓷驱动杆通过第7虎克铰(或球面副）和静平台连接，通过第8虎克铰 (或球面副）和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；所述第五压电陶瓷驱动 杆通过第9虎克铰(或球面副）和静平台连接，通过第10虎克铰(或球面副）和动平台连接， 通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；通过第四、第五压电陶瓷驱动杆的运动可以产生沿 x、y轴的平动。
[0008] 本发明可以支持天文望远镜在极端环境下工作，本发明的突出优点在于： 1、驱动机构采用压电陶瓷，很好的解决了电机在极端环境下产生的问题。
[0009] 2、整套机构没有采用传动机构，提高了运动精度。
[0010] 3、本发明可承载很大的侧向载荷。
[0011] 4、本发明不存在运动的干涉问题，方便控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的一种实施例的机构示意图； 图2为本发明压电陶瓷驱动杆的一种实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面通过附图和实例对本发明的技术给予进一步地说明。
[0014] 实施例1，图1为本发明的一种实施例的机构示意图，包括静平台、动平台、第一压 电陶瓷驱动杆、第二压电陶瓷驱动杆、第三压电陶瓷驱动杆、第四压电陶瓷驱动杆、第五压 电陶瓷驱动杆。
[0015] 所述第一压电陶瓷驱动杆组1的一端通过一对轴承2和衔接机构3连接，衔接机 构3通过与轴承2垂直的另一对轴承4和静平台5连接，第一压电陶瓷驱动杆组的另一端 通过球铰12和动平台10连接。压电陶瓷驱动杆伸长、缩短，带动动平台运动。
[0016] 同理，第二压电陶瓷驱动杆组、第三压电陶瓷驱动杆组与第一压电陶瓷驱动杆组 采用同样的方式，均匀、对称地布置在静平台与动平台之间，通过第一、第二、第三压电陶瓷 驱动杆组的伸长和缩短可以产生沿z轴的平动和绕X、y轴的转动。
[0017] 所述第四压电陶瓷驱动杆组8的一端通过一对轴承6和衔接机构7连接，衔接机 构7通过与轴承6垂直的另一对轴承9和动平台10连接，第四压电陶瓷驱动杆组的另一端 通过球铰11和静平台5连接。所述第五压电陶瓷驱动杆组采用相同的方式，与第四压电陶 瓷驱动杆组垂直布置。通过第四、第五压电陶瓷驱动杆组的伸长和缩短可以产生沿X、y轴 的平动。
[0018] 图2为本发明压电陶瓷驱动杆组的一种实施例的示意图，由于压电陶瓷的行程很 小，很难满足实际应用的需要，本发明将压电陶瓷相互连接，组成压电陶瓷组构成的驱动 杆，该驱动杆可实现双向较大行程的位移。
[0019] 所述压电陶瓷驱动杆由内圈上下对称的4组压电陶瓷和外圈上下对称的4组压电 陶瓷构成。因为压电陶瓷的布置上下对称，现结合附图2说明压电陶瓷的布置方式。内圈 压电陶瓷1、2通过端头与内圈连接体3连接，通过压电陶瓷体上的外螺纹与内圈连接体4 连接，连接体7开孔使得压电陶瓷1、2末端可以伸出；内圈压电陶瓷5、6通过端头与内圈连 接体4连接，通过压电陶瓷体上的外螺纹与连接体7连接；外圈压电陶瓷8、9通过压电陶瓷 体上的外螺纹与连接体7连接，通过端头与外圈连接体10连接；外圈压电陶瓷11、12通过 压电陶瓷体上的外螺纹与外圈连接体10连接，通过端头与外圈连接体13连接，连接体7上 开孔使得外圈压电陶瓷11、12末端可以伸出。下半部分压电陶瓷的布置与上半部分相同， 下半部分内圈最下端的连接体15向下伸出，与静平台连接；下半部分外圈最下端的连接体 14向上伸出，与动平台连接。通过这样的布置，即可实现压电陶瓷组双向、较大位移、较大输 出力的运动。
【权利要求】
1. 一种在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构，本副镜调整机构设 置在望远镜机架与望远镜副镜之间，其特征在于，本副镜调整机构设有三个平动自由度和 两个转动自由度的五维并联运动机构，其中包括静平台、动平台、第一压电陶瓷驱动杆、第 二压电陶瓷驱动杆、第三压电陶瓷驱动杆、第四压电陶瓷驱动杆、第五压电陶瓷驱动杆；所 述第一压电陶瓷驱动杆、第二压电陶瓷驱动杆、第三压电陶瓷驱动杆、第四压电陶瓷驱动杆 和第五压电陶瓷驱动杆的两端分别与所述的静平台、动平台连接；通过第一、第二、第三压 电陶瓷驱动杆的运动可以产生沿Z轴的平动和绕x、y轴的转动；通过第四、第五压电陶瓷驱 动杆的运动可以产生沿X、y轴的平动。
2. 根据权利要求1所述的在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构， 其特征在于，所述第一驱动杆、第二驱动杆、第三驱动杆、第四驱动杆和第五驱动杆的运动 方式是采用改变各驱动杆长度的方式。
3. 根据权利要求1所述的在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整机构， 其特征在于，所述驱动杆的驱动方式采用压电陶瓷驱动。
4. 根据权利要求1-3之一所述的在极端环境下工作的五自由度天文望远镜副镜调整 机构，其特征在于，所述各压电陶瓷驱动杆的两端与静平台、动平台的具体连接方式是： 所述第一压电陶瓷驱动杆通过第1虎克铰或球面副和静平台连接，通过第2虎克铰或 球面副和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；所述第二压电陶瓷驱动杆通 过第3虎克铰或球面副和静平台连接，通过第4虎克铰或球面副和动平台连接，通过压电陶 瓷的伸长带动动平台运动；所述第三压电陶瓷驱动杆通过第5虎克铰或球面副和静平台连 接，通过第6虎克铰或球面副和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；通过第 一、第二、第三压电陶瓷驱动杆的运动可以产生沿z轴的平动和绕X、y轴的转动； 所述第四压电陶瓷驱动杆通过第7虎克铰或球面副和静平台连接，通过第8虎克铰或 球面副和动平台连接，通过压电陶瓷的伸长带动动平台运动；所述第五压电陶瓷驱动杆通 过第9虎克铰或球面副和静平台连接，通过第10虎克铰或球面副和动平台连接，通过压电 陶瓷的伸长带动动平台运动；通过第四、第五压电陶瓷驱动杆的运动可以产生沿X、y轴的 平动。
【文档编号】G02B23/16GK104090359SQ201410329367
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】顾伯忠, 袁昊, 叶宇 申请人:中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所