自调平六自由度准零刚度隔振台

本发明涉及的是一种振动隔离领域的技术，具体是一种自调平六自由度准零刚度隔振台。

背景技术：

1、准零刚度隔振是一种非线性隔振方法，通过刚度非线性化使隔振系统同时具有高静刚度和低动刚度，相较于传统线性隔振方法，具有低固有频率和宽隔振频带的优点，能够有效抑制低频振动。然而刚度的非线性化使得隔振系统不仅力和位移之间具有耦合关系，刚度和位移之间也产生了耦合关系，造成准零刚度隔振系统对负载较为敏感。当施加负载和隔振系统额定负载不匹配时，系统工作位置会偏离准零刚度区间，隔振性能会变差。在并联多自由度准零刚度隔振平台中，负载不中心对称、安装偏心、不匹配会引起各并联支腿长度发生变化不同，一方面会导致各并联支腿偏离准零刚度区间，隔振性能恶化，另一方面造成工作平台的倾斜，被隔振精密仪器设备无法正常运转。现有六自由度准零刚度隔振平台支腿将双稳态负刚度结构与线性弹簧并联实现准零刚度特性，没有考虑上述问题或通过手动调节线性弹簧压缩量调节额定负载，保证平台在不同负载下的隔振性能，操作不便，实际应用受限。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自调平六自由度准零刚度隔振台，利用非线性渐硬正刚度结构调制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，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复合，通过调节有源准零刚度结构的额定负载实现隔振台在不同加载下的自调平功能，而无源准零刚度结构有益于提供隔振台承载能力和可靠性。相较于已有六自由度准零刚度隔振平台，具有承载力大，可靠性强，对隔振负载不敏感，可在不同负载下实现工作平台自调平，既保证了自身优异的低频隔振性能，又确保隔振对象能够正常工作。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种自调平六自由度准零刚度隔振台，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：支腿机构的两端分别与底座平台和工作平台之间通过万向节相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离。

4、所述的支腿机构优选为六个，对应十二个万向节分别与底座平台和工作平台构成gough-stewart构型。

5、技术效果

6、本发明采用渐硬正刚度结构调制负刚度结构设计有源准零刚度结构，其额定负载与电流大小成正比；将有源准零刚度结构和无源准零刚度结构复合构成多自由度隔振台支腿。相比现有技术，本发明对隔振台负载安装无要求，隔振台负载安装可偏心安装；对负载大小无要求，隔振台可在宽范围负载下工作；可调平隔振台工作平台姿态，避免工作平台倾斜影响被隔振对象正常工作。

技术特征：

1.一种自调平六自由度准零刚度隔振台，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：支腿机构的两端分别与底座平台和工作平台之间通过万向节相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离；

2.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的直线运动组件包括：导杆、第一直线轴承、第二直线轴承和直线轴承座，其中：第一直线轴承和第二直线轴承分别套接于导杆的两端并限制导杆仅能进行直线运动，直线轴承座设置于第二直线轴承外部。

3.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的支腿机构为六个，对应十二个万向节分别与底座平台和工作平台构成gough-stewart构型。

4.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的旋转运动组件包括：第二滚动轴承、连接法兰、轴承端盖和锁紧螺母，其中：第二滚动轴承的外圈嵌入连接法兰，第二滚动轴承内圈过盈套合于直线运动组件的导杆上且导杆能够相对连接法兰转动。

5.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的无源准零刚度结构包括：第一永磁铁体、第三永磁体、半球体、若干悬臂梁、夹块、第一滚动轴承和滚动轴承座，其中：第一永磁体、半球体和第三永磁体依次设置于直线运动组件上，若干悬臂梁的一端通过夹块固定设置于底座上，另一端通过第一滚动轴承和滚动轴承座与半球体的外壁相接触；

6.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的有源准零刚度结构包括：第二线圈、第二永磁体、第一线圈和线圈安装座，其中：第二线圈设置于底座内支撑柱的一端，第一线圈通过线圈安装座相对设置于支撑柱的另一端，第二永磁体通过套筒设置于直线运动组件上且位于第一线圈和第二线圈之间。

7.根据权利要求6所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的第二线圈正对于第一永磁体，之间具有排斥作用，提供非线性渐硬正刚度；第一线圈与第二永磁体嵌套配置，之间具有排斥作用，提供负刚度；根据安培定律可知，负刚度和正刚度与电流大小成正比。

8.根据权利要求1所述的自调平六自由度准零刚度隔振台，其特征是，所述的自调平六自由度准零刚度隔振台进一步与自调平控制模块相连，该自调平控制模块包括：姿态传感器、电流传感器、微处理器和功率放大器，其中：姿态传感器测量工作平台姿态，与期望姿态进行比较，得到姿态偏差，电流传感器用于测量第一线圈和第二线圈的电流，微处理器根据姿态偏差信息，运行滑模自适应控制律，并发送电流调节指令，功率放大器接收电流调节指令，输出相应电流。

9.一种基于权利要求1-8中任一所述自调平六自由度准零刚度隔振台的控制方法，其特征在于，包括：

技术总结
一种自调平六自由度准零刚度隔振台，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：支腿机构的两端分别与底座平台和工作平台之间通过万向节相连从而实现空间六自由度宽频带振动隔离。本发明利用非线性渐硬正刚度结构调制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，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复合，通过调节有源准零刚度结构的额定负载实现隔振台在不同加载下的自调平功能，而无源准零刚度结构有益于提供隔振台承载能力和可靠性。相较于已有六自由度准零刚度隔振平台，具有承载力大，可靠性强，对隔振负载不敏感，可在不同负载下实现工作平台自调平，既保证了自身优异的低频隔振性能，又确保隔振对象能够正常工作。

技术研发人员：张文明,卢佳佳,郭其威,颜格,亓文豪,时军委,闫寒
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13