本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)，具體涉及一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，該調(diào)整定位系統(tǒng)可用于對(duì)空間大型光學(xué)載荷中光學(xué)組件位姿進(jìn)行精密調(diào)整。

背景技術(shù)：

大型空間相機(jī)中光學(xué)元件精密調(diào)整技術(shù)是高質(zhì)量成像的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于受到發(fā)射過程中運(yùn)載條件(如沖擊、振動(dòng)、過載等)和在軌運(yùn)行時(shí)環(huán)境條件(如壓力、溫度、微重力等)改變的影響，空間相機(jī)中光學(xué)元件位姿會(huì)發(fā)生不同程度偏移，導(dǎo)致成像質(zhì)量下降。為了保證成像質(zhì)量，需要對(duì)空間相機(jī)中光學(xué)元件位姿變化量進(jìn)行修正。因此，設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定性的調(diào)整機(jī)構(gòu)是十分必要的。

Stewart型六維精密調(diào)整系統(tǒng)因其高精度、無積累誤差、高剛度和高承載能力等特點(diǎn)，在大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)組件調(diào)整過程中發(fā)揮著重要的作用?；诹杂啥炔⒙?lián)平臺(tái)的調(diào)整機(jī)構(gòu)在國內(nèi)外大口徑地基望遠(yuǎn)鏡已有廣泛的應(yīng)用，而應(yīng)用于空間大型空間光學(xué)載荷光學(xué)組件位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)在國內(nèi)外尚未見報(bào)導(dǎo)。

大型空間光學(xué)載荷光學(xué)組件位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)通常有自由度、行程、精度和遮光面積等性能要求。對(duì)于六自由度高精度調(diào)整系統(tǒng)而言，將其應(yīng)用于光學(xué)組件位姿調(diào)整面臨的主要技術(shù)困難在于高精度定位能力和地面裝調(diào)的承載抗變形能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，該調(diào)整定位系統(tǒng)具有高精度姿態(tài)調(diào)整能力，并且具有高承載能力，使其能夠?qū)Υ笮凸鈱W(xué)載荷中光學(xué)元件位姿變化量進(jìn)行修正，保持成像質(zhì)量的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，包括：動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)和六個(gè)支撐桿；

所述動(dòng)平臺(tái)和所述定平臺(tái)通過六個(gè)對(duì)稱分布的支撐桿相連；

所述動(dòng)平臺(tái)和所述定平臺(tái)與所述支撐桿之間分別通過鉸鏈連接，各鉸點(diǎn)分布在上、下兩個(gè)不同的圓上；其中，6個(gè)上鉸點(diǎn)連線構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱的六邊形，6個(gè)下鉸點(diǎn)連線也構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱六邊形，上下鉸點(diǎn)中點(diǎn)連線呈120°分布。

在上述技術(shù)方案中，每個(gè)所述支撐桿分別包括一個(gè)滾珠絲杠副和兩個(gè)偏置萬向鉸鏈，兩個(gè)偏置萬向鉸鏈通過滾珠絲杠副連接；兩個(gè)偏置萬向鉸鏈和一個(gè)滾珠絲杠副組成RRRPRR型支鏈，滾珠絲杠副允許軸向移動(dòng)和周向轉(zhuǎn)動(dòng)；

驅(qū)動(dòng)施加在滾珠絲杠副的軸向運(yùn)動(dòng)上，偏置萬向鉸鏈內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)均為被動(dòng)環(huán)節(jié)；通過六個(gè)所述支撐桿的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)高精密調(diào)姿。

在上述技術(shù)方案中，每個(gè)所述偏置萬向鉸鏈包括：鉸鏈上軸、鉸鏈下軸、鉸鏈塊及角接觸軸承；角接觸軸承安裝在鉸鏈塊中，鉸鏈塊繞鉸鏈上軸軸線與鉸鏈下軸軸線自由旋轉(zhuǎn)，鉸鏈上軸軸線與鉸鏈下軸軸線十字不相交，軸線中心垂直距離為偏置量，其軸線偏置量為5mm。

在上述技術(shù)方案中，上鉸點(diǎn)構(gòu)成的圓的半徑為135mm，相鄰兩鉸點(diǎn)之間的夾角為95°；下鉸點(diǎn)構(gòu)成的圓的半徑為175mm，相鄰兩鉸點(diǎn)之間的夾角為30°。

在上述技術(shù)方案中，所述支撐桿的直線驅(qū)動(dòng)部分包括：制動(dòng)器、電機(jī)、諧波減速器、減速器輸出軸套、編碼器、角接觸球軸承、精密滾珠絲杠和絲杠螺母；

所述制動(dòng)器通過螺釘后置于所述電機(jī)端處，所述電機(jī)輸出端連接所述諧波減速器，所述精密滾珠絲杠通過所述減速器輸出軸套與所述諧波減速器剛性連接，所述角接觸球軸承內(nèi)圈支撐所述精密滾珠絲杠，所述角接觸球軸承外圈固定于支腿的外部連接件上，所述編碼器與所述精密滾珠絲杠直接連接，所述精密滾珠絲杠與所述絲杠螺母通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。

在上述技術(shù)方案中，所述支撐桿的精密滾珠絲杠和絲杠螺母為旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)相耦合的滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明支撐桿的鉸鏈結(jié)構(gòu)形式為兩端偏置萬向鉸鏈、中間滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)的RRRPRR構(gòu)型，偏置鉸鏈的特點(diǎn)是萬向鉸鏈兩軸線并非交于一點(diǎn)，而是有一定的偏移量，稱為RR鉸鏈。與U鉸鏈相比，RR鉸鏈更容易加工制造，也不受幾何構(gòu)型的限制，而且能夠獲得較大的工作空間，并且利用角接觸軸承對(duì)鉸鏈徑向軸向預(yù)緊以減小間隙，該偏置萬向鉸鏈能夠在低速運(yùn)動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)小間隙、低摩擦、長壽命、高剛度的功能。

(2)本發(fā)明支撐桿的RP副則是旋轉(zhuǎn)與移動(dòng)相耦合的滾珠絲杠副，其耦合關(guān)系為滾珠絲杠副的導(dǎo)程，即絲杠每旋轉(zhuǎn)2πrad螺母移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。采用這種設(shè)計(jì)，能夠利用精密滾珠絲杠和絲杠螺母間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)提供軸向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而滿足自由度分配關(guān)系，不需要設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高傳動(dòng)精度。

(3)本發(fā)明的精密滾珠絲杠選用高精度、小導(dǎo)程絲杠，絲杠螺母與角接觸球軸承采用雙螺母預(yù)緊的方式消除間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承采用鉸接觸式，施加適當(dāng)預(yù)緊力消除間隙，以保證結(jié)構(gòu)精度。

(4)本發(fā)明的直流無刷電機(jī)經(jīng)諧波減速器減速后驅(qū)動(dòng)精密滾珠絲杠，采用17位絕對(duì)式編碼器做反饋，實(shí)現(xiàn)精密定位功能。制動(dòng)器放置在電機(jī)后端，這樣即使在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于諧波減速器的作用，使得傳遞到精密滾珠絲杠端的轉(zhuǎn)動(dòng)也變得足夠小，可以忽略。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的支撐桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的動(dòng)、定平臺(tái)偏置萬向鉸鏈鉸點(diǎn)分布示意圖；

圖4是本發(fā)明的偏置萬向鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的支撐桿直線驅(qū)動(dòng)部分剖示圖。

圖中附圖標(biāo)記表示為：

1-動(dòng)平臺(tái)；2-定平臺(tái)；3-支撐桿；

31-偏置萬向鉸鏈；32-滾珠絲杠副；

311-鉸鏈上軸；312-鉸鏈塊；313-鉸鏈下軸；314-角接觸軸承；

321-制動(dòng)器；322-電機(jī)；323-諧波減速器；324-減速器輸出軸套；325-編碼器；326-角接觸球軸承；327-精密滾珠絲杠；328-絲杠螺母。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1至5說明本實(shí)施方式，本發(fā)明的基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)包括：動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)2和六個(gè)支撐桿3，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)2由上至下通過六個(gè)對(duì)稱分布的支撐桿3相連。具體安裝方式為動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)2與支撐桿3分別通過鉸鏈連接，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)2的各鉸點(diǎn)分布在上、下兩個(gè)不同的圓上，其中，6個(gè)上鉸點(diǎn)P_i連線構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱的六邊形，6個(gè)下鉸點(diǎn)B_i連線也構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱六邊形，上下鉸點(diǎn)中點(diǎn)連線呈120°分布。定平臺(tái)2為所述調(diào)整定位系統(tǒng)與基座的連接單元；動(dòng)平臺(tái)1為所述調(diào)整定位系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)輸出端，與光學(xué)組件連接，實(shí)現(xiàn)六維精度調(diào)整運(yùn)動(dòng)。

如圖2所示，本發(fā)明的一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，每個(gè)支撐桿3均包括一個(gè)滾珠絲杠副32和兩個(gè)偏置萬向鉸鏈31，兩個(gè)偏置萬向鉸鏈31通過滾珠絲杠副32連接。兩個(gè)偏置萬向鉸鏈31和一個(gè)滾珠絲杠副32組成RRRPRR型支鏈，滾珠絲杠副32允許兩個(gè)耦合自由度，即一個(gè)軸向移動(dòng)和一個(gè)周向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述調(diào)整定位系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)施加在滾珠絲杠副32的軸向運(yùn)動(dòng)上，偏置萬向鉸鏈31內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及滾珠絲杠副32的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)均為被動(dòng)環(huán)節(jié)。通過六個(gè)支撐桿3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)高精密調(diào)姿。

本發(fā)明的一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，偏置萬向鉸鏈31的鉸點(diǎn)分布位置如圖3所示。偏置萬向鉸鏈31在動(dòng)平臺(tái)1的下表面與定平臺(tái)2的上表面的連接處的鉸點(diǎn)分布位置如圖3所示，動(dòng)平臺(tái)1、定平臺(tái)2的各鉸點(diǎn)分布在上、下兩個(gè)不同的圓上，其中，6個(gè)上鉸點(diǎn)P_i連線構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱的六邊形，6個(gè)下鉸點(diǎn)B_i連線也構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱六邊形，上、下鉸點(diǎn)中點(diǎn)連線呈120°分布。上鉸點(diǎn)P_i構(gòu)成的圓以O(shè)P為圓心，半徑R_P為135mm，相鄰兩鉸點(diǎn)之間的夾角為95°，下鉸點(diǎn)B_i構(gòu)成的圓以O(shè)B為圓心，半徑R_B為175mm，相鄰兩鉸點(diǎn)之間的夾角為30°。

如圖4所示，本發(fā)明的一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，每個(gè)偏置萬向鉸鏈31包括：鉸鏈上軸311、鉸鏈下軸313、鉸鏈塊312及角接觸軸承314。角接觸軸承314安裝在鉸鏈塊312中，鉸鏈塊312可以繞鉸鏈上軸311軸線與鉸鏈下軸313軸線自由旋轉(zhuǎn)，鉸鏈上軸311軸線與鉸鏈下軸313軸線十字不相交，軸線中心垂直距離為偏置量，其軸線偏置量為5mm。

如圖5所示，本發(fā)明的一種基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，支撐桿3的直線驅(qū)動(dòng)部分由制動(dòng)器321、電機(jī)322、諧波減速器323、減速器輸出軸套324、編碼器325、角接觸球軸承326、精密滾珠絲杠327和絲杠螺母328構(gòu)成。制動(dòng)器321通過螺釘后置于電機(jī)322端處，電機(jī)322輸出端連接諧波減速器323，精密滾珠絲杠327通過減速器輸出軸套324與諧波減速器323剛性連接，角接觸球軸承326內(nèi)圈支撐精密滾珠絲杠327，角接觸球軸承326外圈固定于支腿的外部連接件上，編碼器325與精密滾珠絲杠327的絲杠軸直接連接，降低由于電機(jī)322掉電及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)空回引起的誤差，提高傳動(dòng)精度。精密滾珠絲杠327與絲杠螺母328通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，代替了導(dǎo)軌滑塊的直線運(yùn)動(dòng)形式，能夠簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少誤差源，提高精度。

本發(fā)明的基于6RRRPRR的六自由度高精度調(diào)整定位系統(tǒng)，可縮小設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較緊湊，占地空間相對(duì)較小，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的剛度。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。