基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鏡面位置及角度調(diào)節(jié)裝置，具體涉及基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件，尤其是采用了稀土超磁致伸縮材料的精密致動(dòng)器，該致動(dòng)器通過位移放大機(jī)構(gòu)以及電流可控的勵(lì)磁線圈，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)大位移的納米級(jí)位移控制。通過布置3個(gè)精密致動(dòng)器，合理控制致動(dòng)器的輸出位移，實(shí)現(xiàn)鏡面位置和角度的精密調(diào)整。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星技術(shù)的而發(fā)展，衛(wèi)星上所使用的高精密載荷越來越多，載荷對(duì)熱變形、振動(dòng)以及定位精度等也越來越敏感，因此傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)的位置調(diào)節(jié)方法由于精度低、體積大、可靠性低以及控制復(fù)雜等原因難以滿足現(xiàn)在需求。
[0003]而采用基于智能材料的精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有精度高、質(zhì)量輕、可靠性高以及控制簡(jiǎn)單特點(diǎn)。采用稀土超磁致伸縮材料的精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與其他智能材料相比具有剛度大、響應(yīng)快以及伸縮系數(shù)大等特點(diǎn)。
[0004]稀土超磁致伸縮材料相比于壓電陶瓷等雖然能夠?qū)崿F(xiàn)更大的位移，但依然為數(shù)百微米，難以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的位移。因此實(shí)際應(yīng)用中一般都采用微位移放大機(jī)構(gòu)，柔性鉸鏈具有無摩擦、無間隙以及響應(yīng)快等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于微驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。
[0005]為此，從目前衛(wèi)星的應(yīng)用需求，有必要設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)緊湊、易于裝配、輸出位移大、定位精度高，基于稀土超磁致材料的精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明為一種基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件，主要由致伸縮棒、勵(lì)磁線圈、柔性鉸鏈位移放大單元、預(yù)壓緊彈簧、頂桿以及外殼底座等組成的精密致動(dòng)器以及組合柔性鉸鏈、上下底板組成。該裝置通過控制電流的大小，控制3個(gè)致動(dòng)器的輸出位移，實(shí)現(xiàn)鏡面角度和位移的控制。致動(dòng)器通過設(shè)計(jì)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)將伸縮棒輸出位移放大，設(shè)計(jì)預(yù)緊裝置對(duì)伸縮棒進(jìn)行預(yù)緊。由于采用上述設(shè)計(jì)，該精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件，包括:磁致伸縮致動(dòng)器、組合柔性鉸鏈、底板、頂板以及鏡面；
[0008]底板與頂板之間連接有多組磁致伸縮致動(dòng)器和組合柔性鉸鏈；在每組磁致伸縮致動(dòng)器和組合柔性鉸鏈中，磁致伸縮致動(dòng)器的底端連接底板的頂端，磁致伸縮致動(dòng)器的頂端連接組合柔性鉸鏈的底端，組合柔性鉸鏈的頂端連接頂板的底端；
[0009]鏡面安裝于頂板的頂端。
[0010]優(yōu)選地，磁致伸縮致動(dòng)器包括:磁致伸縮棒、勵(lì)磁線圈、柔性鉸鏈位移放大單元、預(yù)緊彈簧、旋轉(zhuǎn)螺母、上套筒、下套筒、底座以及頂桿；
[0011]依次連接的底座、下套筒、柔性鉸鏈位移放大單元構(gòu)成下腔體；依次連接的柔性鉸鏈位移放大單元、上套筒構(gòu)成上腔體；
[0012]上腔體中設(shè)置有磁致伸縮棒、勵(lì)磁線圈；
[0013]下腔體中設(shè)置有頂桿、預(yù)緊彈簧；
[0014]磁致伸縮棒的周向圍繞有勵(lì)磁線圈；底座、磁致伸縮棒、柔性鉸鏈位移放大單元、頂桿依次連接；其中，底座的底端構(gòu)成所述磁致伸縮致動(dòng)器的底端，頂桿的頂端構(gòu)成所述磁致伸縮致動(dòng)器的頂端；
[0015]旋轉(zhuǎn)螺母、頂桿、預(yù)緊彈簧同軸設(shè)置；旋轉(zhuǎn)螺母螺接于上套筒頂面的螺紋口，預(yù)緊彈簧套于頂桿外，頂桿先后從上套筒頂面的螺紋口、旋轉(zhuǎn)螺母伸出；預(yù)緊彈簧的下端連接頂桿的凸肩，預(yù)緊彈簧的上端連接預(yù)緊彈簧的底端。
[0016]優(yōu)選地，磁致伸縮棒采用稀土超磁致伸縮材料。
[0017]優(yōu)選地，底板與頂板之間連接有3組磁致伸縮致動(dòng)器和組合柔性鉸鏈。
[0018]優(yōu)選地，依次連接的底座、下套筒、柔性鉸鏈位移放大單元、上套筒之間均通過螺紋緊固件連接。
[0019]優(yōu)選地，所述組合柔性鉸鏈包括相連接的3自由度柔性鉸鏈和單個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的柔性鉸鏈。
[0020]根據(jù)本發(fā)明提供的一種上述的基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件的使用方法，包括如下步驟:
[0021]通過預(yù)緊彈簧來實(shí)現(xiàn)對(duì)磁致伸縮棒的預(yù)緊，通過旋轉(zhuǎn)螺母的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)預(yù)緊彈簧的壓緊程度以調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大??；
[0022]通過控制勵(lì)磁線圈的電流大小來改變磁致伸縮棒的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)磁致伸縮棒的伸長(zhǎng)和縮短；
[0023]通過柔性鉸鏈位移放大單元將磁致伸縮棒的位移放大數(shù)倍，位移輸出后再經(jīng)過柔性鉸鏈位移放大單元將位移傳到頂板上。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]1.致動(dòng)器輸出位移大，能夠?qū)崿F(xiàn)近毫米級(jí)的行程；
[0026]2.定位精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)精度的定位；
[0027]3.整體結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小、體積小，裝配調(diào)試容易；
[0028]4.通過控制輸入電流來控制輸出位移，控制簡(jiǎn)單方便。
[0029]5.合理采用了預(yù)緊，提高驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能級(jí)整體剛度。
[0030]6.鏡面能夠?qū)崿F(xiàn)上下直線位移、兩個(gè)角度位移共3個(gè)自由度的精密調(diào)節(jié)。
[0031]7.所有傳動(dòng)環(huán)節(jié)均使用柔性鉸鏈，實(shí)現(xiàn)無機(jī)械間隙傳動(dòng)。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0033]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的鏡面位姿調(diào)節(jié)組件側(cè)下視圖；
[0035]圖3為一組磁致伸縮致動(dòng)器和組合柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為磁致伸縮致動(dòng)器的外觀圖；
[0037]圖5為磁致伸縮致動(dòng)器的剖面圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的多級(jí)位移的柔性鉸鏈位移放大單元示意圖；
[0039]圖7為組合柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041]本發(fā)明公開了一種基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件。其主要由3個(gè)磁致伸縮致動(dòng)器101、3個(gè)組合柔性鉸鏈102、底板103、頂板104以及鏡面105組成，磁致伸縮致動(dòng)器101又主要由磁致伸縮棒501、勵(lì)磁線圈502、柔性鉸鏈位移放大單元503、預(yù)緊彈簧504、旋轉(zhuǎn)螺母505、上套筒506、下套筒507、底座508以及頂桿509等組成。它采用稀土超磁致伸縮棒501作為核心驅(qū)動(dòng)單元，磁致伸縮材料是一種在可變磁場(chǎng)作用下其外形尺寸發(fā)生相應(yīng)改變的智能材料。通過控制勵(lì)磁線圈502的電流大小來改變磁致伸縮棒501的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)磁致伸縮棒501的伸長(zhǎng)和縮短。同時(shí)設(shè)計(jì)專門的柔性鉸鏈位移放大單元503，能夠?qū)⒋胖律炜s棒501的位移放大數(shù)倍，時(shí)該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)大位移的精密驅(qū)動(dòng)。預(yù)緊彈簧504用來實(shí)現(xiàn)對(duì)磁致伸縮棒501的預(yù)緊，通過旋轉(zhuǎn)螺母505可以調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小，使磁致伸縮棒501工作在最佳狀態(tài)。位移輸出后再經(jīng)過柔性鉸鏈位移放大單元503將位移傳到頂板104上。整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、驅(qū)動(dòng)位移大、精度高，所有傳動(dòng)環(huán)節(jié)均采用了柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，避免傳動(dòng)間隙對(duì)輸出位移精度的影響，能夠滿足衛(wèi)星光學(xué)鏡面的精密位置調(diào)整要求。
[0042]具體地，在一個(gè)優(yōu)選例中，根據(jù)本發(fā)明提供的基于精密致動(dòng)器的衛(wèi)星光學(xué)載荷鏡面位姿調(diào)節(jié)組件，包括:磁致伸縮致動(dòng)器101、組合柔性鉸鏈102、底板103、頂板104以及鏡面 105