[发明专利]一种基于挠杆和柔性环组成的两轴转动机构

说明书

本发明涉及一种基于挠杆和柔性环组成的两轴转动机构，该机构的基座与四个直线音圈电机的线圈部分固连，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直；载荷托支架与四个直线音圈电机的磁钢部分固连；柔性环的边缘部分压紧固定于基座上，中心部分与载荷托支架固定连接，边缘部分与中心部分之间的过渡部分悬空，并且四个直线音圈电机将柔性环围在中间；挠杆穿插柔性环的中心过孔，其底部与基座固定连接，上部与载荷托支架固定连接。

技术领域

本发明属于光电平台机械设计技术领域，涉及一种基于挠杆和柔性环组成的两轴转动机构。

背景技术

两轴转动机构可实现精确、快速、低交叉耦合的两轴转动。传统两轴转动机构部分设计均是基于刚性机构，由运动副连接刚性杆件组合实现运动。刚性机构中存在摩擦和间隙，并且需要润滑，无法适应极端的环境，转动的精度极易受外界扰动影响。近几年新兴了一些基于柔顺机构的转动机构设计，主要靠柔性构建的弹性变形实现运动，但是无法解决两轴存在交叉耦合的影响，增加了控制难度。

对于系统机械结构设计，主要区别在于支撑结构的设计。传统的机械支撑结构形式是有轴系结构，具有轴系结构惯量和摩擦力矩大，导致控制系统存在严重的非线性，系统响应慢，控制精度低的缺点。针对现有光电系统对频率响应特性要求高，要求系统无摩擦，体积小，结构紧凑，而传统的转动机构价格贵，体积大，设备复杂，难以维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于挠杆和柔性环组成的两轴转动机构，该机构能够实现两轴低交叉耦合转动，并具有快速响应性能。

为了解决上述技术问题，本发明的基于挠杆和柔性环组成的两轴转动机构包括基座，四个直线音圈电机，载荷托支架，柔性环，挠杆；基座与四个直线音圈电机的线圈部分固连，两个相对的直线音圈电机方向平行，相邻的两个直线音圈电机方向互相垂直；载荷托支架与四个直线音圈电机的磁钢部分固连；柔性环的边缘部分压紧固定于基座上，其中心部分与载荷托支架底部中央的凸台固定连接，边缘部分与中心部分之间的过渡部分悬空，并且四个直线音圈电机将柔性环围在中间；挠杆穿插柔性环的中心过孔，其底部与基座固定连接，上部与载荷托支架固定连接。

所述的柔性环的过渡部分开设有多个周向相间均匀布置的内转子槽和外转子槽；内转子槽由左右对称的左侧枝段、右侧枝段以及主枝段构成，左侧枝段、右侧枝段与主枝段在底部互相连通；外转子槽由左径向段、周向段和右径向段构成，左径向段与右径向段通过周向段过渡连通；外转子槽的左径向段和右径向段分别与相邻的内转子槽的左侧枝段和右侧枝段相扣。

本发明还包括柔性环压圈，柔性环压圈通过螺钉将柔性环的边缘部分压紧固定于基座上。

载荷支撑固定在载荷托支架上，通过四个直线音圈电机、挠杆和柔性环组成的排布安装方式，可实现载荷的方位、俯仰转动；通过挠杆与载荷托支架的固定连接能够限制载荷托支架的轴向位移，通过柔性环中心部分与载荷托支架固定连接，能够限制载荷托支架周向旋转；通过柔性环内转子槽与外转子槽的错位运动，能够实现载荷托支架的两轴转动及轴间去耦合。

有益效果：本发明采用的柔性环在工作方向上具备足够的柔度以防止驱动器过载，在非工作方向上具有足够的刚度以保持系统的快速响应性能。同时柔性环具有加工简单、无机械摩擦、无间隙，高精度和免组装等优点。采用音圈电机驱动具有行程大，无滞后，驱动电压低的优点，适合大角度的应用。包括挠杆和柔性环在内的支撑结构安装在电机安装机架的下方且位于四个直线音圈电机围成的空间内，具有结构紧凑、体积小的优点。本发明通过柔性环、挠杆和四个直线音圈电机实现两轴的运动，转角范围大，工作带宽高。

本发明具有两轴转动的全柔性转动结构设计，有效的减小了系统的整体质量和体积，具有转动中心稳定、大行程、高精度、高可靠性、无磨损、低交叉耦合等关键特性，从而减小了对载荷的约束；由于减少了零件数量，降低了装配时间，简化加工了过程。

附图说明