一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统

本发明涉及一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台，属于传动。

背景技术：

1、超声电机研究起步于上世纪60年代，其工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应，使得定子产生超声频段内的振动，并将这一振动放大，通过定子与转子的摩擦来带动转子转动，实现功率输出，负载驱动。且由于其工作原理与传统电磁电机不同，超声电机具有低转速、大力矩、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰，体积小，功率密度高，起停控制性好，位移分辨率高等优点，而且定子振动频率在超声频域内，其工作时的噪音小。

2、超声电机其内部结构中，转子和定子通过一定预压力贴合在一起，定子通过振动和摩擦来驱动转子转动，而当定子不在工作时，转子由于和定子之间存在的摩擦，使得转子不会受外界的力而转动，这使得超声电机在断电后能够自锁。与传统电机相比，超声电机的结构更加简单且结构紧凑，体积小且重量轻，但其拥有较大的输出扭矩。

3、随着通讯技术的发展，激光通讯作为一种利用激光传输信息的通讯方式，近年来受到重视。激光是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，可以有效地提高系统的传输速率和系统性能。激光通讯中，激光作为信息载体，将有效信息赋予到激光上，激光将携带的信息传输到接收器上，接收器对激光进行识别和解调，从而实现通讯。

4、激光通讯具有以下特点：通讯容量大，其同时传输的容量更大；保密性好，由于激光的方向性好，并采用不可见光，其保密性好；激光通讯设备结构轻便等。激光通信可应用于各种通讯场景，由于其保密性好，也可用于军事领域通讯，其研发潜力巨大。

5、中空旋转平台是一种旋转负载装置，其集高效率、高精度、高刚性、高性价于一身。中空旋转平台现被用于机械手关节、机床等旋转运动场合，其优势在于高可靠性、低成本、中空大口径结构、高精度和高刚度，这使得中空旋转平台有着广泛的应用。

6、激光通讯由于激光方向性好，通讯时就需要高精度平台来校准激光通信的方向。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种能够用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台，具有高精度、低转速等特点，中空超声电机平台能够做到高精度、快响应的运动，其中空设计能够搭载较大的激光传输设备。本发明主要设计一种拥有足够刚度的、能够做到高精度定位和快速响应的中空超声电机平台。

2、本发明通过以下技术方案实现。

3、一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，包括一种大孔径中空旋转平台、超声电机驱动器以及控制系统。

4、进一步的，所述大孔径中空旋转平台包括中空转轴1、交叉滚子轴承2、电机安装框架3、电机4、摩擦轮5、深沟球轴承6、外壳7、外壳端盖8、编码器9、读数头10、安装板11、中空转轴端盖12、db9接口13、油封14、拧紧螺钉15、弹簧16、氧化铝陶瓷摩擦环17和推动块18；

5、所述摩擦轮安装在电机输出轴上，其与电机、深沟球轴承一同构成电机组件；所述电机组件安装在安装板上，安装板固定在外壳上，交叉滚子轴承一边安装于外壳上；所述编码器安装在中空转轴上，中空转轴与交叉滚子轴承的一边配合，交叉滚子轴承另一边与外壳相配合；外壳端盖和中空转轴端盖分别安装在外壳和中空转轴上，用于安装交叉滚子轴承并给出对外连接的位置；读数头安装在外壳上，来读取编码器信息；一个db9接口安装于外壳上，用于连接超声电机管脚；所述的中空转轴通过与电机连接的摩擦轮之间的摩擦进行传动；中空转轴端盖和外壳端盖之间有一油封。

6、进一步的，所述电机为超声电机。

7、进一步的，所述中空转轴通过摩擦轮来进行驱动，通过摩擦轮和中空转轴之间的摩擦力进行传动。

8、进一步的，所述电机组件通过安装板和电机安装框架上的两个预压力装置来进行调节摩擦轮和中空转轴之间的预压力从而调节其摩擦力。

9、进一步的，所述的电机组件一共有两个，在中空转轴两边对称排布，能够分别调整其预压力大小。

10、本发明具有如下有益效果：

11、1. 本发明采用超声电机代替传统电机作为驱动，体积小、控制精度高，能够满足设计要求的高精度要求；

12、2. 本发明采用摩擦轮和中空转轴摩擦传动，其结构简单，运转平稳，能够做到自锁、轴系锁定，且自锁刚度大；

13、3. 本发明中所述的电机组件和安装板上，有用预压力调整装置，能够按需求调整摩擦轮和中空转轴之间的摩擦力；

14、4. 本发明所设计的大中空孔径能够让中空旋转平台上搭载更大体积的设备；

15、5. 在电机安装框架上设计有一柔性铰链结构，能为电机组件提供一定弹性，柔性铰链的通孔中，其中一个较大，当外侧对电机组件施加压力时，电机可绕较小的通孔中的螺钉转动，同时，柔性铰链也可以吸收平台转动产生的晃动和振动，该设计能够大幅度减小电机带来的振动对平台的影响，能够保证激光通讯不受电机振动的影响。

技术特征：

1.一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，其特征在于：包括一种大孔径中空旋转平台、电机驱动器以及控制系统；所述电机驱动器与大孔径中空旋转平台中的电机相连，用于驱动电机旋转；所述控制系统包括微控制单元mcu、数据采集电路，所述数据采集电路对编码器发送的数据信息进行采集，将所述数据信息发送至mcu，mcu将数据进行分析，得到中空平台的转速、转向信息；通过上位机向mcu发送控制信号，mcu将控制信号发送至电机驱动器，从而控制电机的运动速度和运动方向。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统：其特征在于：所述大孔径中空旋转平台包括中空转轴、交叉滚子轴承、电机安装框架、电机、摩擦轮、深沟球轴承、外壳、外壳端盖、编码器、读数头、安装板、中空转轴端盖、db9接口、油封、拧紧螺钉、弹簧、氧化铝陶瓷摩擦环和推动块；

3.根据权利要求2所述的一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，其特征在于：所述电机为超声电机。

4.根据权利要求2所述的一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，其特征在于：所述中空转轴通过摩擦轮来进行驱动，通过摩擦轮和中空转轴之间的摩擦力进行传动。

5.根据权利要求4所述的一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，其特征在于：所述电机组件通过安装板和电机安装框架上的两个预压力装置来进行调节摩擦轮和中空转轴之间的预压力从而调节其摩擦力。

6.根据权利要求2或4所述的一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，其特征在于：所述的电机组件一共有两个，在中空转轴两边对称排布，分别调整其预压力大小。

技术总结
本发明为一种用于激光通讯的大孔径中空超声电机平台系统，包括外壳和中空转轴，外壳内设置有交叉滚子轴承，外壳下半侧安装有电机安装板，安装板上安装电机组件，电机组件包括超声电机、深沟球轴承、摩擦轮和安装框架。交叉滚子轴承另一侧和中空转轴相连，中空装轴上装有编码器，在转轴下半部分套有摩擦材料，通过安装在电机上的摩擦轮和转轴上的摩擦材料之间的摩擦进行传动。本发明采用超声电机作为作动器，能够做到低转速、高精度输出，传动采用摩擦轮和中空转轴摩擦转动的方式，能够提高转动精度，提供低转速高精度的转动；通过安装框架和安装板上的预压力装置，能够调整摩擦轮和中空转轴之间的预压力的大小来调节摩擦力的大小，保证传动精度。

技术研发人员：潘松,马祺翀,梁永锦,陈雷,周年鹏
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19