[发明专利]一种刚柔耦合旋转平台

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合旋转平台，所述刚柔耦合旋转平台包括：机座、刚性轴承、轴承套筒、核心旋转平台、旋转驱动器和复合式旋转柔性铰链环；所述轴承套筒固定在所述机座上；所述刚性轴承与所述核心旋转平台之间通过所述复合式旋转柔性铰链环运动副连接；所述刚性轴承通过所述轴承套筒与所述机座连接；所述旋转驱动器用于驱动所述核心旋转平台旋转；当所述旋转驱动器对所述核心旋转平台施加使其旋转的驱动力时，所述驱动力可以使所述复合式旋转柔性铰链环发生弹性变形。该刚柔耦合旋转平台利用复合式柔性铰链环的弹性变形来克服摩擦死区和对旋转进行补偿，无须利用高度精确的摩擦力模型，并且简化了补偿控制方法。

技术领域

本发明涉及旋转平台的技术领域，更具体地，涉及一种刚柔耦合旋转平台。

背景技术

旋转平台在现代工业领域中被广泛使用。旋转平台中运动副之间表面粗糙度的不确定变化会导致摩擦阻力的幅值不确定变化。而在旋转平台的启动、停止和微旋转过程中，旋转平台的速度相对较低，上述摩擦阻力的幅值波动容易导致旋转平台出现“爬行”现象。在闭环控制系统作用下，驱动器将会通过增大驱动力的方式来克服摩擦阻力，补偿旋转平台定位误差。在上述补偿过程中，旋转平台将经历频繁的“静止→运动”状态切换。在“静止→运动”过程中，运动副之间的摩擦阻力会经历“静摩擦力→动摩擦力”的状态切换，而静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异会导致上述状态切换瞬间的加速度突变，造成旋转平台在最终定位位置附近的“抖动”，影响定位精度。

如何降低在启动、停止和微旋转过程中由于摩擦状态切换造成的定位误差影响是影响旋转平台执行精度的重要问题。针对上述问题，目前存在如下解决方案：

1.建立精确的摩擦力模型，用于旋转控制驱动力补偿。

2.采用无摩擦或低摩擦的运动副设计，例如采用气浮轴承、磁悬浮轴承或柔性铰链等结构设计。

由于运动副之间的接触面微观特性差异与制造误差等因素，很难建立高度精确的摩擦力模型，导致旋转控制系统中需要采用复杂的补偿控制方法。另外，气浮轴承或磁悬浮轴承等低摩擦运动副的实施成本较高，限制了其使用范围。

发明内容

目前现有技术主要依靠两方面来降低其对定位精度的影响：一方面建立精确的摩擦力模型，用于旋转控制驱动力补偿；另一方面采用无摩擦或低摩擦的运动副设计。然而，现有技术对降低其定位精度的影响效果不佳，而且存在着明显的缺点：a、建立高度精确的摩擦力模型困难；b、补偿控制的方法十分复杂；c、采用无摩擦与低摩擦的运动副的实施成本较高。本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供刚柔耦合旋转平台，本发明采用的技术方案如下。

一种刚柔耦合旋转平台，所述刚柔耦合旋转平台包括：机座、刚性轴承、轴承套筒、核心旋转平台、旋转驱动器和复合式旋转柔性铰链环；所述轴承套筒固定在所述机座上；所述刚性轴承与所述核心旋转平台之间通过所述复合式旋转柔性铰链环运动副连接；所述刚性轴承通过所述轴承套筒与所述机座连接；所述旋转驱动器用于驱动所述核心旋转平台旋转；当所述旋转驱动器对所述核心旋转平台施加使其旋转的驱动力时，所述驱动力使所述复合式旋转柔性铰链环发生弹性变形。

进一步，所述刚柔耦合旋转平台还包括编码器，所述编码器用于实时测量所述核心旋转平台在任意情况下的旋转角度。

进一步，所述刚柔耦合旋转平台还包括：码盘固定件；所述编码器包括：编码器码盘和编码器读头；所述轴承套筒固定在所述机座上；所述编码器码盘固定在码盘固定件上，所述码盘固定件与所述核心旋转平台固定在一起；所述编码器读头与机座固定在一起。

进一步，所述刚柔耦合旋转平台还包括：轴承外圈卡位件；所述轴承外圈卡位件固定在轴承套筒上；所述轴承外圈依靠所述轴承套筒与所述轴承外圈卡位件被夹紧固定；所述轴承内圈突出端面与所述复合式旋转柔性铰链环胶接为一体。