本發(fā)明涉及用于隔離載體擾動(dòng)、穩(wěn)定慣性指向的兩自由度穩(wěn)定平臺(tái)，具體涉及一種基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)，其載荷種類(lèi)適用但不局限于光電探測(cè)器，可用于無(wú)人機(jī)偵查吊艙、艦載光電跟蹤系統(tǒng)和車(chē)載天線系統(tǒng)等各類(lèi)精密指向機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

穩(wěn)定平臺(tái)是在移動(dòng)載體條件下，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償載體擾動(dòng)，從而保持負(fù)載指向慣性穩(wěn)定，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)跟蹤目標(biāo)等其他功能的精密指向機(jī)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外的兩軸兩框架整體式穩(wěn)定平臺(tái)為保證高的穩(wěn)定精度，往往以力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，采用封閉式機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有剛性好、體積小、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。

而面向負(fù)載大慣量、需要大力矩的應(yīng)用場(chǎng)合，力矩電機(jī)的大重量、大體積嚴(yán)重制約著系統(tǒng)的小型化、輕量化，傳統(tǒng)封閉式的結(jié)構(gòu)同樣給負(fù)載安裝維護(hù)造成困難，限制了平臺(tái)適配性的提高。如果驅(qū)動(dòng)元件采用伺服電機(jī)，則必然要引入中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，由于齒輪傳動(dòng)等傳統(tǒng)傳動(dòng)方式存在固有的摩擦、空回等非線性因素，又制約了系統(tǒng)伺服性能的提高，難以滿足穩(wěn)定平臺(tái)的高精度要求。精密鋼絲繩傳動(dòng)通過(guò)鋼絲繩與繩輪之間的靜摩擦實(shí)現(xiàn)力矩傳遞，是一種輕質(zhì)、高效、簡(jiǎn)潔的傳動(dòng)方式，具有低空回、高剛度、高效率以及無(wú)需潤(rùn)滑等突出優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域尤其是在精密指向機(jī)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)現(xiàn)有兩軸兩框架整體式穩(wěn)定平臺(tái)負(fù)載自重比過(guò)大造成的負(fù)載能力和輕量化要求的沖突，以及負(fù)載布局方式造成的適配性差的不足，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)中引入柔性繩傳動(dòng)方式，利用差動(dòng)構(gòu)型創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供一種能夠有效提高平臺(tái)負(fù)載自重比，同時(shí)協(xié)調(diào)平臺(tái)精度要求和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性的矛盾，解決平臺(tái)緊湊性設(shè)計(jì)和適配性提高的沖突，負(fù)載能力大、適配性能強(qiáng)、輕量化、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)，包括平臺(tái)本體、驅(qū)動(dòng)單元和差動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述差動(dòng)機(jī)構(gòu)包括方位軸系和俯仰軸系以及柔索組件，所述方位軸系、俯仰軸系之間通過(guò)柔索組件傳動(dòng)，所述方位軸系轉(zhuǎn)動(dòng)布置于平臺(tái)本體上，所述俯仰軸系轉(zhuǎn)動(dòng)布置于方位軸系上且與方位軸系軸線正交，所述驅(qū)動(dòng)單元的輸出端和方位軸系傳動(dòng)相接。

優(yōu)選地，所述方位軸系包括回轉(zhuǎn)軸、回轉(zhuǎn)框和回轉(zhuǎn)組合輪，所述回轉(zhuǎn)軸和平臺(tái)本體固連，所述回轉(zhuǎn)框分別通過(guò)上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)框軸承安裝在回轉(zhuǎn)軸上，所述驅(qū)動(dòng)單元包括反向安裝在回轉(zhuǎn)軸上且布置于回轉(zhuǎn)框內(nèi)的兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊，所述回轉(zhuǎn)框內(nèi)分別同軸布置有上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪，所述回轉(zhuǎn)組合輪由同軸布置的回轉(zhuǎn)組合大輪和回轉(zhuǎn)組合小輪組成，且所述回轉(zhuǎn)組合大輪和回轉(zhuǎn)組合小輪通過(guò)回轉(zhuǎn)組合輪軸承安裝在回轉(zhuǎn)軸上，所述兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊各與一個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪的回轉(zhuǎn)組合小輪通過(guò)第一傳動(dòng)柔索驅(qū)動(dòng)連接，所述回轉(zhuǎn)組合大輪的外壁上均設(shè)有輪槽，所述柔索組件布置于兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪的回轉(zhuǎn)組合大輪和俯仰軸系之間。

優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)框軸承為四點(diǎn)接觸球軸承。

優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)軸上裝配有電機(jī)機(jī)架，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊包括伺服電機(jī)、諧波減速器和柔索輪，兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的伺服電機(jī)分別反向安裝在電機(jī)機(jī)架上，且所述伺服電機(jī)的輸出端通過(guò)諧波減速器和柔索輪相連，所述柔索輪和回轉(zhuǎn)組合小輪的外壁上均設(shè)有輪槽，且所述第一傳動(dòng)柔索繞設(shè)于柔索輪和回轉(zhuǎn)組合小輪之間。

優(yōu)選地，所述第一傳動(dòng)柔索呈8字形回繞經(jīng)過(guò)柔索輪和回轉(zhuǎn)組合小輪。

所述俯仰軸系包括俯仰架、負(fù)載架和沿回轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)布置于回轉(zhuǎn)框內(nèi)的兩個(gè)俯仰輪，所述俯仰輪的外壁上均設(shè)有輪槽，所述柔索組件布置于回轉(zhuǎn)組合大輪和俯仰輪之間，兩個(gè)俯仰輪的俯仰輪軸分別通過(guò)俯仰輪軸承安裝在回轉(zhuǎn)框上，所述俯仰架設(shè)于回轉(zhuǎn)框外部且與兩個(gè)俯仰輪軸固定連接，所述負(fù)載架裝設(shè)于俯仰架上。

優(yōu)選地，所述柔索組件包括第二傳動(dòng)柔索、第三傳動(dòng)柔索和多個(gè)帶有輪槽的導(dǎo)向輪，所述回轉(zhuǎn)組合大輪上設(shè)有兩個(gè)預(yù)緊裝置，所述第二傳動(dòng)柔索和第三傳動(dòng)柔索均通過(guò)多個(gè)導(dǎo)向輪環(huán)繞布置在兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合大輪之間且兩端均通過(guò)預(yù)緊裝置固定，所述第二傳動(dòng)柔索從上端的回轉(zhuǎn)組合大輪出發(fā)，依次沿著軸向正交的兩個(gè)導(dǎo)向輪平滑過(guò)渡到一個(gè)俯仰輪上并繞該俯仰輪纏繞一圈后，再沿著軸向正交的兩個(gè)導(dǎo)向輪平滑過(guò)渡到下端的回轉(zhuǎn)組合大輪；所述第三傳動(dòng)柔索從下端的回轉(zhuǎn)組合大輪出發(fā)，依次沿著三個(gè)導(dǎo)向輪平滑過(guò)渡到另一個(gè)俯仰輪上并繞該俯仰輪纏繞一圈后，再沿著三個(gè)導(dǎo)向輪平滑過(guò)渡到上端的回轉(zhuǎn)組合大輪。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)向輪包括導(dǎo)向輪軸、軸用彈性擋圈和帶輪槽的滑輪，所述滑輪套設(shè)安裝在導(dǎo)向輪軸上且端部通過(guò)軸用彈性擋圈限位固定，所述導(dǎo)向輪軸通過(guò)螺母安裝固定在回轉(zhuǎn)框上。

優(yōu)選地，所述預(yù)緊裝置包括壓板、螺桿、預(yù)緊端塊和碟形彈簧，所述壓板通過(guò)連接件安裝在回轉(zhuǎn)組合大輪上，所述壓板上設(shè)有通孔，所述螺桿穿過(guò)壓板的通孔后與預(yù)緊端塊螺紋連接，所述預(yù)緊端塊的底面和壓板所安裝的回轉(zhuǎn)組合大輪的側(cè)面接觸，所述碟形彈簧布置于壓板的通孔端面和螺桿之間，所述預(yù)緊端塊和第二傳動(dòng)柔索或第三傳動(dòng)柔索的端部相連。

優(yōu)選地，所述方位軸系、俯仰軸系上還設(shè)有檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元包括陀螺和編碼器，所述陀螺裝設(shè)于俯仰軸系的負(fù)載架上，所述編碼器安裝在方位軸系的回轉(zhuǎn)軸和俯仰軸系的俯仰輪軸軸端。

本發(fā)明基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)具有下述優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)包括平臺(tái)本體、驅(qū)動(dòng)單元和差動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述差動(dòng)機(jī)構(gòu)包括方位軸系和俯仰軸系以及柔索組件，所述方位軸系、俯仰軸系之間通過(guò)柔索組件傳動(dòng)，所述方位軸系轉(zhuǎn)動(dòng)布置于平臺(tái)本體上，所述俯仰軸系轉(zhuǎn)動(dòng)布置于方位軸系上且與方位軸系軸線正交，所述驅(qū)動(dòng)單元的輸出端和方位軸系傳動(dòng)相接，通過(guò)方位軸系、俯仰軸系使得平臺(tái)具有繞y軸-俯仰軸和z軸-方位軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，能夠解決平臺(tái)負(fù)載能力和自身重量限制，平臺(tái)精度要求和機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性，平臺(tái)緊湊性設(shè)計(jì)和適配性提高的沖突，具有負(fù)載能力大、適配性能強(qiáng)、輕量化、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明采用差動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，且差動(dòng)機(jī)構(gòu)的方位軸系、俯仰軸系之間通過(guò)柔索組件傳動(dòng)，差動(dòng)機(jī)構(gòu)利用了柔索具有低空回、高剛度的特點(diǎn)，從而保證了穩(wěn)定平臺(tái)傳動(dòng)精度和穩(wěn)定精度。

3、本發(fā)明基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)的載荷種類(lèi)適用但不局限于光電探測(cè)器，可用于無(wú)人機(jī)偵查吊艙、艦載光電跟蹤系統(tǒng)和車(chē)載天線系統(tǒng)等各類(lèi)精密指向機(jī)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的差動(dòng)機(jī)構(gòu)的柔索組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2等速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作原理示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2等速逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作原理示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中伺服電機(jī)211#1順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、伺服電機(jī)211#2等速逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作原理示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中伺服電機(jī)211#1逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、伺服電機(jī)211#2等速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作原理示意圖。

圖例說(shuō)明：1、平臺(tái)本體；11、基座墊塊；12、連接架；13、壓緊螺母；2、驅(qū)動(dòng)單元；21、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊；211、伺服電機(jī)；212、諧波減速器；213、柔索輪；214、第一傳動(dòng)柔索；3、方位軸系；30、回轉(zhuǎn)軸；301、電機(jī)機(jī)架；302、脹緊套；31、回轉(zhuǎn)框；311、回轉(zhuǎn)框軸承；312、軸承外圈壓板；32、回轉(zhuǎn)組合輪；321、回轉(zhuǎn)組合大輪；322、回轉(zhuǎn)組合小輪；323、回轉(zhuǎn)組合輪軸承；4、俯仰軸系；41、俯仰架；42、俯仰輪；421、俯仰輪軸；422、俯仰輪軸承；43、負(fù)載架；5、差動(dòng)機(jī)構(gòu)；51、第二傳動(dòng)柔索；52、第三傳動(dòng)柔索；53、導(dǎo)向輪；531、導(dǎo)向輪軸；532、滑輪；533、軸用彈性擋圈；534、螺母；6、預(yù)緊裝置；61、壓板；62、螺桿；63、預(yù)緊端塊；64、碟形彈簧；7、檢測(cè)單元；71、陀螺；72、編碼器。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)包括平臺(tái)本體1、驅(qū)動(dòng)單元2和差動(dòng)機(jī)構(gòu)5，差動(dòng)機(jī)構(gòu)5包括方位軸系3和俯仰軸系4以及柔索組件，方位軸系3、俯仰軸系4之間通過(guò)柔索組件傳動(dòng)，方位軸系3轉(zhuǎn)動(dòng)布置于平臺(tái)本體1上，俯仰軸系4轉(zhuǎn)動(dòng)布置于方位軸系3上且與方位軸系3軸線正交，驅(qū)動(dòng)單元2的輸出端和方位軸系3傳動(dòng)相接。

如圖1所示，方位軸系3、俯仰軸系4上還設(shè)有檢測(cè)單元7，檢測(cè)單元7包括陀螺71和編碼器72，所述陀螺71裝設(shè)于俯仰軸系4的負(fù)載架43上，所述編碼器72安裝在方位軸系3的回轉(zhuǎn)軸30和俯仰軸系4的俯仰輪軸421軸端。陀螺71是敏感載體慣性空間角速度的測(cè)量元件，用于系統(tǒng)穩(wěn)定控制；編碼器72是相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸的角速度和角位置信息測(cè)量反饋元件。

本實(shí)施例中，平臺(tái)本體1由基座墊塊11、連接架12等部件組成，基座墊塊11是用于保留基座空間的過(guò)渡連接件，連接架12是載體和穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)械本體之間的連接件。

如圖2所示，方位軸系3包括回轉(zhuǎn)軸30、回轉(zhuǎn)框31和回轉(zhuǎn)組合輪32，回轉(zhuǎn)軸30和平臺(tái)本體1固連(通過(guò)壓緊螺母13相連)，回轉(zhuǎn)框31分別通過(guò)上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)框軸承311安裝在回轉(zhuǎn)軸30上，驅(qū)動(dòng)單元2包括反向安裝在回轉(zhuǎn)軸30上且布置于回轉(zhuǎn)框31內(nèi)的兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21，回轉(zhuǎn)框31內(nèi)分別同軸布置有上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪32，回轉(zhuǎn)組合輪32由同軸布置的回轉(zhuǎn)組合大輪321和回轉(zhuǎn)組合小輪322組成，且回轉(zhuǎn)組合大輪321和回轉(zhuǎn)組合小輪322通過(guò)回轉(zhuǎn)組合輪軸承323安裝在回轉(zhuǎn)軸30上，兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21各與一個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪32的回轉(zhuǎn)組合小輪322通過(guò)第一傳動(dòng)柔索214驅(qū)動(dòng)連接，回轉(zhuǎn)組合大輪321的外壁上均設(shè)有輪槽，柔索組件布置于兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪32的回轉(zhuǎn)組合大輪321和俯仰軸系4之間?；剞D(zhuǎn)軸30固定于連接架12上，回轉(zhuǎn)框31可通過(guò)上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)框軸承311繞回轉(zhuǎn)軸30自由回轉(zhuǎn)，是系統(tǒng)回轉(zhuǎn)方位運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件；上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合輪32在回轉(zhuǎn)軸30上軸向固定，分別通過(guò)回轉(zhuǎn)組合輪軸承323繞回轉(zhuǎn)軸30自由回轉(zhuǎn)，是動(dòng)力傳輸和轉(zhuǎn)換部件；本實(shí)施例中，編碼器72通過(guò)編碼器支承架721、螺釘固定于回轉(zhuǎn)框31上?；谙到y(tǒng)裝配性的考慮，本實(shí)施例中的回轉(zhuǎn)框31為拼接式結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱(chēng)剖分，且通過(guò)螺栓連接。

本實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)框軸承311為四點(diǎn)接觸球軸承，上、下兩個(gè)回轉(zhuǎn)框軸承311外側(cè)設(shè)有軸承外圈壓板312，通過(guò)軸承外圈壓板312將回轉(zhuǎn)框軸承311固定。

如圖2所示，回轉(zhuǎn)軸30上裝配有電機(jī)機(jī)架301，驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21包括伺服電機(jī)211、諧波減速器212和柔索輪213，兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21的伺服電機(jī)211分別反向安裝在電機(jī)機(jī)架301上，且伺服電機(jī)211的輸出端通過(guò)諧波減速器212和柔索輪213相連，柔索輪213和回轉(zhuǎn)組合小輪322的外壁上均設(shè)有輪槽，且第一傳動(dòng)柔索214繞設(shè)于柔索輪213和回轉(zhuǎn)組合小輪322之間。本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21采用采用伺服電機(jī)211驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力矩電機(jī)，能夠有效減小驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量，兼顧系統(tǒng)的大力矩和輕量化。本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)單元2包括反向安裝在回轉(zhuǎn)軸30上且布置于回轉(zhuǎn)框31內(nèi)的兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21，兩組驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊21的伺服電機(jī)211分別反向安裝在電機(jī)機(jī)架301上，從而實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)單元2的差動(dòng)輸出，該差動(dòng)機(jī)構(gòu)5的本質(zhì)是伺服電機(jī)211并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸出力矩放大合成后再分配，提高力矩調(diào)節(jié)范圍，有利于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)元件集成和模塊化設(shè)計(jì)。

本實(shí)施例中，伺服電機(jī)211、諧波減速器212通過(guò)螺釘固定于電機(jī)機(jī)架301上，電機(jī)機(jī)架301則通過(guò)脹緊套302安裝固定在回轉(zhuǎn)軸30上。

如圖3所示，第一傳動(dòng)柔索214呈8字形回繞經(jīng)過(guò)柔索輪213和回轉(zhuǎn)組合小輪322，從而能夠確保柔索輪213和回轉(zhuǎn)組合小輪322之間傳動(dòng)的穩(wěn)定可靠，進(jìn)而將伺服電機(jī)211的驅(qū)動(dòng)力矩穩(wěn)定可靠地傳遞給回轉(zhuǎn)組合輪32。

俯仰軸系4左右完全對(duì)稱(chēng)。如圖2和圖4所示，俯仰軸系4包括俯仰架41、負(fù)載架43和沿回轉(zhuǎn)軸30對(duì)稱(chēng)布置于回轉(zhuǎn)框31內(nèi)的兩個(gè)俯仰輪42，俯仰輪42的外壁上均設(shè)有輪槽，柔索組件5布置于回轉(zhuǎn)組合大輪321和俯仰輪42之間，兩個(gè)俯仰輪42的俯仰輪軸421分別通過(guò)俯仰輪軸承422安裝在回轉(zhuǎn)框31上，俯仰架41設(shè)于回轉(zhuǎn)框31外部且與兩個(gè)俯仰輪軸421固定連接，負(fù)載架43裝設(shè)于俯仰架41上。俯仰輪42是俯仰方向動(dòng)力的傳輸件；本實(shí)施例中，俯仰輪軸承422采用角接觸球軸承以“面對(duì)面”方式安裝，俯仰輪軸421與俯仰架41通過(guò)鍵傳遞動(dòng)力，負(fù)載架43是負(fù)載安裝的位置，預(yù)留負(fù)載安裝螺釘孔，其與俯仰架41通過(guò)螺釘緊固，負(fù)載架43的安裝位置可調(diào)以適配不同負(fù)載，改善回轉(zhuǎn)質(zhì)量偏心，通過(guò)負(fù)載架43以負(fù)載外掛的結(jié)構(gòu)形式打破了傳統(tǒng)平臺(tái)面向單一負(fù)載的束縛，便于負(fù)載的拆裝和更換，提高了平臺(tái)的適配性能。

如圖4所示，柔索組件包括第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52和多個(gè)帶有輪槽的導(dǎo)向輪53，回轉(zhuǎn)組合大輪321上設(shè)有兩個(gè)預(yù)緊裝置6，第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52均通過(guò)多個(gè)導(dǎo)向輪53環(huán)繞布置在兩個(gè)回轉(zhuǎn)組合大輪321之間且兩端均通過(guò)預(yù)緊裝置6固定，第二傳動(dòng)柔索51從上端的回轉(zhuǎn)組合大輪321出發(fā)，依次沿著軸向正交的兩個(gè)導(dǎo)向輪53(53#1和53#2)平滑過(guò)渡到一個(gè)俯仰輪42上并繞該俯仰輪42纏繞一圈后，再沿著軸向正交的兩個(gè)導(dǎo)向輪53(53#3和53#4)平滑過(guò)渡到下端的回轉(zhuǎn)組合大輪321；第三傳動(dòng)柔索52從下端的回轉(zhuǎn)組合大輪321出發(fā)，依次沿著三個(gè)導(dǎo)向輪53(53#5、53#6和53#7)平滑過(guò)渡到另一個(gè)俯仰輪42上并繞該俯仰輪42纏繞一圈后，再沿著三個(gè)導(dǎo)向輪53(53#8、53#9和53#10)平滑過(guò)渡到上端的回轉(zhuǎn)組合大輪321，從而實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)式柔索傳動(dòng)，使得方位軸系3、俯仰軸系4之間的傳動(dòng)穩(wěn)定可靠，差動(dòng)機(jī)構(gòu)5利用了柔索組件具有低空回、高剛度的特點(diǎn)，從而保證了穩(wěn)定平臺(tái)的精度。

本實(shí)施例中，第一傳動(dòng)柔索214、第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52具體采用鋼絲繩。結(jié)合前文可知，本實(shí)施例一共通過(guò)四段鋼絲繩(第二傳動(dòng)柔索51、第三傳動(dòng)柔索52以及兩段第一傳動(dòng)柔索214)以一定的方式纏繞和可靠預(yù)緊實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。

導(dǎo)向輪53用于保證鋼絲繩(第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52)從回轉(zhuǎn)組合大輪321向俯仰輪42柔順過(guò)渡，如圖5所示，導(dǎo)向輪53包括導(dǎo)向輪軸531、軸用彈性擋圈533和帶輪槽的滑輪532，滑輪532套設(shè)安裝在導(dǎo)向輪軸531上且端部通過(guò)軸用彈性擋圈533限位固定，導(dǎo)向輪軸531通過(guò)螺母534安裝固定在回轉(zhuǎn)框31上。導(dǎo)向輪53的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52在軸線相交輪系間的柔順纏繞及平滑過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)以為第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52傳動(dòng)介質(zhì)的相交軸輪系動(dòng)力的高效傳遞。

預(yù)緊裝置6是用于將鋼絲繩(第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52)端固定和預(yù)緊功能的部件，如圖6所示，預(yù)緊裝置6包括壓板61、螺桿62、預(yù)緊端塊63和碟形彈簧64，壓板61通過(guò)連接件安裝在回轉(zhuǎn)組合大輪321上，壓板61上設(shè)有通孔，螺桿62穿過(guò)壓板61的通孔后與預(yù)緊端塊63螺紋連接，預(yù)緊端塊63的底面和壓板61所安裝的回轉(zhuǎn)組合大輪321的側(cè)面接觸，碟形彈簧64布置于壓板61的通孔端面和螺桿62之間，預(yù)緊端塊63和第二傳動(dòng)柔索51或第三傳動(dòng)柔索52的端部相連。

本實(shí)施例中，伺服電機(jī)211采用同種型號(hào)，諧波減速器212具有減速比i0；柔索輪213的半徑r1，回轉(zhuǎn)組合小輪322的半徑r2，回轉(zhuǎn)組合大輪321的半徑r3，俯仰輪42的半徑r4，取傳動(dòng)比i1＝r2/r1，傳動(dòng)比i2＝r4/r3，則所述穩(wěn)定平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程滿足式(1)：

式(1)中，ωo表示負(fù)載端輸出角速度矩陣，ωy,ωx分別表示平臺(tái)俯仰方向、回轉(zhuǎn)方向的角速度輸出；ωi表示電機(jī)軸輸出速度矩陣，其中ω1,ω2分別表示伺服電機(jī)21、伺服電機(jī)22的輸出轉(zhuǎn)速；γω表示速度變換矩陣。

下文將以?xún)蓚€(gè)伺服電機(jī)211分別標(biāo)記為伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2為例，定義圖7所示電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍瑢?duì)本實(shí)施例基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)的工作原理說(shuō)明如下：

如圖7所示，當(dāng)伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2等速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則柔索輪213#1和柔索輪213#2等速順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。在第一傳動(dòng)柔索214的力矩傳遞的作用下，上側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#1、下側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#2等速沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52的傳動(dòng)及導(dǎo)向輪引導(dǎo)、換向，動(dòng)力傳遞至俯仰輪42，導(dǎo)向輪53周向受力平衡，相對(duì)俯仰軸線保持靜止，在徑向力偶的作用下帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框31繞回轉(zhuǎn)軸30運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位方向的逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)輸出。

如圖8所示，當(dāng)伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2等速逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔索輪213#1和柔索輪213#2等速逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。在第一傳動(dòng)柔索214的力矩傳遞的作用下，上側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#1、下側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#2等速沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52的傳動(dòng)及導(dǎo)向輪引導(dǎo)、換向，動(dòng)力傳遞至俯仰輪42，導(dǎo)向輪53周向受力平衡，相對(duì)俯仰軸線保持靜止，在徑向力偶的作用下帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框31繞回轉(zhuǎn)軸30運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)方位方向的順時(shí)針運(yùn)動(dòng)輸出。

如圖9所示，當(dāng)伺服電機(jī)211#1順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、伺服電機(jī)211#2等速逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔索輪213#1沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、柔索輪213#2等速逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。在第一傳動(dòng)柔索214的力矩傳遞的作用下，上側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#1沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)、下側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#2等速沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52的傳動(dòng)及導(dǎo)向輪引導(dǎo)、換向，動(dòng)力傳遞至俯仰輪42，導(dǎo)向輪53周向受力平衡，相對(duì)俯仰軸線保持靜止，周向在驅(qū)動(dòng)力作用下帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框31繞俯仰軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)俯仰方向逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)輸出。

如圖10所示，伺服電機(jī)211#1逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、伺服電機(jī)211#2等速順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔索輪213#1沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)、柔索輪213#2等速順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。在第一傳動(dòng)柔索214的力矩傳遞的作用下，上側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#1沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)、下側(cè)的回轉(zhuǎn)組合小輪322#2等速沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，經(jīng)第二傳動(dòng)柔索51和第三傳動(dòng)柔索52的傳動(dòng)及導(dǎo)向輪引導(dǎo)、換向，動(dòng)力傳遞至俯仰輪42，導(dǎo)向輪53周向受力平衡，相對(duì)俯仰軸線保持靜止，周向在驅(qū)動(dòng)力作用下帶動(dòng)回轉(zhuǎn)框31繞俯仰軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)俯仰方向順時(shí)針運(yùn)動(dòng)輸出。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)伺服電機(jī)211#1和伺服電機(jī)211#2以不同的轉(zhuǎn)速輸出時(shí)，本實(shí)施例基于柔索傳動(dòng)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平臺(tái)同樣也可以實(shí)現(xiàn)方位方向和俯仰方向的同步運(yùn)動(dòng)，但其運(yùn)動(dòng)控制需進(jìn)一步配合以具體的解耦控制算法。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。