本發(fā)明涉及航天器用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及一種高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種可用于航天飛行器弱撞擊對(duì)接機(jī)構(gòu)的設(shè)備，其可以準(zhǔn)確執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制策略，其運(yùn)動(dòng)性能直接決定機(jī)構(gòu)力柔順控制效果，特別是快速響應(yīng)性及穩(wěn)定性指標(biāo)直接影響對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲緩沖性能的品質(zhì)。

目前，公知的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能滿足輸出力大、響應(yīng)頻率高、重量輕的要求。

目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以解決現(xiàn)有的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能滿足輸出力大、響應(yīng)頻率高、重量輕的要求的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括：

殼體；

機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子，通過(guò)軸承與所述殼體連接；

力矩電機(jī)定子，與所述殼體固連；

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子，與所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子固連；

絕對(duì)位置編碼器，所述絕對(duì)位置編碼器內(nèi)圈通過(guò)過(guò)渡件與所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子固連，所屬絕對(duì)位置編碼器外圈通過(guò)螺釘與所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子固連；

滾珠絲杠副螺母，與所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子通過(guò)螺釘固連；

滾珠絲杠副絲桿，一端通過(guò)螺釘固定有導(dǎo)向滑塊；

導(dǎo)向套筒，一端通過(guò)螺釘與所述殼體固連；

控制所述力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠副螺母旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠副絲桿做直線運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)所述絕對(duì)位置編碼器檢測(cè)和反饋高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和速度。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向滑塊為半球形。

進(jìn)一步地，所述滾珠絲杠副絲桿的另一端安裝有柔性裝置，用于減弱驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在伸縮方向的剛度。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向套筒的另一端安裝有末端緩沖組件，用于防止驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)過(guò)行程，并降低沖擊力，起到緩沖作用。

進(jìn)一步地，所述高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)末端安裝有壓力傳感器，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)中軸向力的測(cè)量。

進(jìn)一步地，所述末端緩沖組件的組成為：

壓力傳感器安裝于鉸鏈支架上，利用雙螺母實(shí)現(xiàn)第一碟簧對(duì)壓力傳感器預(yù)緊力的施加，利用第一對(duì)心壓塊和第二對(duì)心壓塊實(shí)現(xiàn)壓力傳感器預(yù)緊力均勻施加；第二殼體與鉸鏈支架相連，移動(dòng)塊分別通過(guò)導(dǎo)向銷和導(dǎo)向套與第二殼體相連，第二碟簧通過(guò)導(dǎo)向銷與移動(dòng)塊和第二殼體相連。

進(jìn)一步地，所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子通過(guò)深溝球軸承和角接觸軸承，與所述殼體連接。

進(jìn)一步地，通過(guò)第一擋蓋壓緊所述角接觸軸承的內(nèi)圈，通過(guò)第二擋蓋壓緊所述角接觸軸承的外圈。

進(jìn)一步地，所述力矩電機(jī)定子通過(guò)膠粘與所述殼體固連；所述力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)膠粘與所述機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子固連。

本發(fā)明提供的高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)取得的有益效果是：

1、利用無(wú)框空心力矩電機(jī)直接與滾珠絲杠副同軸相連，實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速、精度高；

2、機(jī)構(gòu)自帶壓力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中軸向力的實(shí)時(shí)測(cè)量；

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軸線方向自帶柔性環(huán)節(jié)，有助于機(jī)構(gòu)提升力柔順控制性能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的整體模型；

圖2為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中末端緩沖組件的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

圖1為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)整體模型圖；圖2為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，力矩電機(jī)定子9膠粘在第一殼體8上，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子10膠粘在機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子11上，機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子11分別通過(guò)一對(duì)角接觸軸承12和一個(gè)深溝球軸承7與第一殼體8相連；分別通過(guò)第一擋蓋13和第二擋蓋14實(shí)現(xiàn)軸承12內(nèi)、外圈的壓緊；絕對(duì)位置編碼器外圈6與第一殼體8通過(guò)螺釘固連，絕對(duì)位置編碼器內(nèi)圈5通過(guò)過(guò)渡件4與機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子11固連；滾珠絲杠副螺母3通過(guò)螺釘與機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)子11固連，滾珠絲杠副絲杠2一端安裝有柔性裝置1，另一端通過(guò)螺釘16固定半球形導(dǎo)向滑塊17；導(dǎo)向套筒15一端通過(guò)螺釘與第一殼體8固連，另一端安裝有末端緩沖組件18。

圖3為本發(fā)明高頻響直線驅(qū)動(dòng)擊鼓中末端緩沖組件18的結(jié)構(gòu)圖，該裝置包括：壓力傳感器18-11安裝于鉸鏈支架18-6上，利用雙螺母18-4實(shí)現(xiàn)第一碟簧18-5對(duì)壓力傳感器18-11預(yù)緊力的施加，利用第一對(duì)心壓塊18-9和第二對(duì)心壓塊18-10實(shí)現(xiàn)壓力傳感器18-11預(yù)緊力均勻施加；第二殼體18-8與鉸鏈支架18-6相連，移動(dòng)塊18-3分別通過(guò)導(dǎo)向銷18-1和導(dǎo)向套18-7與第二殼體18-8相連，第二碟簧18-2通過(guò)導(dǎo)向銷18-1與移動(dòng)塊18-3和第二殼體18-8相連。

滾珠絲杠副螺母與力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，直接將永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滾珠絲杠副絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈、提高機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和傳動(dòng)精度；滾珠絲杠副絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向采用半球形導(dǎo)向塊，使直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端具有伸縮方向自由度的同時(shí)還具有沿軸線旋轉(zhuǎn)的自由度；利用多圈絕對(duì)位置編碼器內(nèi)圈與絕對(duì)位置編碼器外圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)直接測(cè)量螺母旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置和速度的測(cè)量。

直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出端安裝有柔性裝置，使直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在伸縮方向的剛度減弱，提高緩沖能力；直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)后端安裝有壓力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中軸向力的測(cè)量，提供給系統(tǒng)用于力閉環(huán)控制；直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝有末端緩沖組件，在防止機(jī)構(gòu)過(guò)行程的同時(shí)，起到緩沖作用，降低撞擊力，有效保護(hù)機(jī)構(gòu)。

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明的工作情況和動(dòng)作過(guò)程：

將6根高頻響直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于航天飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)中，作為對(duì)接環(huán)與對(duì)接框之間的聯(lián)系，在航天器正常飛行過(guò)程中，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作。兩航天飛行器在準(zhǔn)備對(duì)接時(shí)，控制直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠副螺母3旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)滾珠絲杠副絲杠2做直線運(yùn)動(dòng)，推出對(duì)接環(huán)到準(zhǔn)備對(duì)接位置，并保持。

在捕獲開(kāi)始時(shí)，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)絲杠2處于對(duì)接準(zhǔn)備位置，當(dāng)兩飛行器對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸后，根據(jù)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的力傳感器18-11測(cè)量對(duì)接機(jī)構(gòu)撞擊力，反饋給控制系統(tǒng)，并做出力及位置反饋，通過(guò)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)力矩電機(jī)主動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的柔性捕獲。在捕獲初期，為避免機(jī)構(gòu)剛性過(guò)大，控制響應(yīng)不夠迅速，導(dǎo)致捕獲失敗，利用柔性裝置1實(shí)現(xiàn)對(duì)力的緩沖，給控制系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)足夠響應(yīng)時(shí)間，保證對(duì)接機(jī)構(gòu)的順利捕獲。在對(duì)接機(jī)構(gòu)緩沖階段、通過(guò)力矩電機(jī)主動(dòng)調(diào)節(jié)絲杠2上的反向作用力，實(shí)現(xiàn)對(duì)接機(jī)構(gòu)的緩沖。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)絕對(duì)位置編碼器全程監(jiān)測(cè)和反饋直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置和速度。

本發(fā)明直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)：直線運(yùn)動(dòng)行程320mm，最大運(yùn)動(dòng)速度0.13m/s，機(jī)構(gòu)最大輸出力750n，在帶載20kg的情況下，頻寬不小于12hz1db，10°，機(jī)構(gòu)質(zhì)量4.5kg。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。