CN106697330B - 一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置。所述直线音圈电机一直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机一的定子之间由法兰盘一固定连接，直线音圈电机一直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机二的转子之间由法兰盘二固定连接，直线音圈电机二直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机二的定子之间由法兰盘三固定连接，直线音圈电机二直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机三的转子之间由法兰盘四固定连接，直线音圈电机三直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机三的定子之间由法兰盘五固定连接。本发明提供六个完整的自由度，从而完成空间飞行器上的刚柔部件之间的动力学耦合的解耦工作，提高了空间飞行器姿态和轨道控制的灵活性。

Description

一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置

技术领域

本发明涉及一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，属于动力学去耦合装置技术领域。

背景技术

目前国内外提出的空间飞行器刚柔部件连接关节主要为直接固连或三自由度连接。其中三自由度连接这种方式可以提供三个转动自由度，其缺点有二：一是在三个平动自由度上依然属于固定连接的方式，因此在空间飞行器刚柔部件之间的平动控制上，依然存在耦合现象；二是用三轴相交于一点的方式，因此在三维转动过程中，机械上会有一定的干涉，影响了运动的范围。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即在空间飞行器刚柔部件之间的平动控制上，依然存在耦合现象，并且存在转动上的干涉。进而提供一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，包括：转动音圈电机一、法兰盘一、直线音圈电机一、法兰盘二、转动音圈电机二、法兰盘三、直线音圈电机二、法兰盘四、转动音圈电机三、法兰盘五、直线音圈电机三、法兰盘六、平移位置测量传感器和转动角度测量传感器，所述直线音圈电机一直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机一的定子之间由法兰盘一固定连接，直线音圈电机一直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机二的转子之间由法兰盘二固定连接，直线音圈电机二直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机二的定子之间由法兰盘三固定连接，直线音圈电机二直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机三的转子之间由法兰盘四固定连接，直线音圈电机三直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机三的定子之间由法兰盘五固定连接，直线音圈电机三直线自由度方向定子的一端固定有法兰盘六，直线音圈电机一上的动子和定子之间、直线音圈电机二上的动子和定子之间、直线音圈电机三上的动子和定子之间均设有平移位置测量传感器，转动音圈电机一的定子与法兰盘一之间、转动音圈电机二的定子与法兰盘三之间、转动音圈电机三的定子与法兰盘五之间均设有转动角度测量传感器。

本发明的有益效果：

本发明相对于现有技术来说，可以提供六个完整的自由度(现有技术在转动方向上有限制)，从而完成空间飞行器上的刚柔部件之间的动力学耦合的解耦工作，大大提高了空间飞行器姿态和轨道控制的灵活性。本发明的去耦合装置利于小型化设计。

本发明可以应用于空间飞行器刚柔部件的连接结构，例如：卫星太阳能帆板与卫星本体之间的连接、空间站大型可展开天线与空间站之间的连接。

附图说明

图1为本发明空间六自由度刚柔动力学去耦合装置的整体结构示意图。

图2为直线音圈电机和法兰盘的连接结构示意图。

图3为转动音圈电机和直线音圈电机的连接结构示意图。

图中的附图标记，1为转动音圈电机一，2为法兰盘一，3为直线音圈电机一，4为法兰盘二，5为转动音圈电机二，6为法兰盘三，7为直线音圈电机二，8为法兰盘四，9为转动音圈电机三，10为法兰盘五，11为直线音圈电机三，12为法兰盘六，13为平移位置测量传感器，14为转动角度测量传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1～图3所示，本实施例所涉及的一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，包括：转动音圈电机一1、法兰盘一2、直线音圈电机一3、法兰盘二4、转动音圈电机二5、法兰盘三6、直线音圈电机二7、法兰盘四8、转动音圈电机三9、法兰盘五10、直线音圈电机三11、法兰盘六12、平移位置测量传感器13和转动角度测量传感器14，所述直线音圈电机一3直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机一1的定子之间由法兰盘一2固定连接，直线音圈电机一3直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机二5的转子之间由法兰盘二4固定连接，直线音圈电机二7直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机二5的定子之间由法兰盘三6固定连接，直线音圈电机二7直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机三9的转子之间由法兰盘四8固定连接，直线音圈电机三11直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机三9的定子之间由法兰盘五10固定连接，直线音圈电机三直线自由度方向11定子的一端固定有法兰盘六12，直线音圈电机一3上的动子和定子之间、直线音圈电机二7上的动子和定子之间、直线音圈电机三11上的动子和定子之间均设有平移位置测量传感器13，转动音圈电机一1的定子与法兰盘一2之间、转动音圈电机二5的定子与法兰盘三6之间、转动音圈电机三9的定子与法兰盘五10之间均设有转动角度测量传感器14。

所述直线音圈电机一3和直线音圈电机二7之间的角度为90度。

所述直线音圈电机二7和直线音圈电机三11之间的角度为90度。

为了解除空间飞行器上的刚柔部件之间的动力学耦合现象，在刚柔部件之间增加了一个本实施例的六自由度装置。

如图1所示，第一，本实施例提供了三个转动自由度和三个平动自由度，三个转动自由度由转动音圈电机直接驱动并配合转动轴系提供，三个平动自由度由直线音圈电机直接驱动并配合滑动轴承提供，六个自由度上的电机用于控制系统输出力；第二，本实施例采用三部分串联结构，三个部分原理接近相同，可以根据不同负载采用不同参数的电机和轴系，三部分串联起来后可以提供的转动自由度均为360°，串联结构便于小型化设计，应用范围广泛；第三，音圈电机输出力(或力矩)平稳，不会引入额外干扰；第四、在每个平动自由度方向上均安装有平移位置测量传感器用于测量平动的位移(如图2所示)，在每个转动自由度方向上均安装有转动角度测量传感器用于测量转动的角度(如图3所示)，六个自由度的测量信号用于控制系统输入信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，其特征在于，包括：转动音圈电机一(1)、法兰盘一(2)、直线音圈电机一(3)、法兰盘二(4)、转动音圈电机二(5)、法兰盘三(6)、直线音圈电机二(7)、法兰盘四(8)、转动音圈电机三(9)、法兰盘五(10)、直线音圈电机三(11)、法兰盘六(12)、平移位置测量传感器(13)和转动角度测量传感器(14)，所述直线音圈电机一(3)直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机一(1)的定子之间由法兰盘一(2)固定连接，直线音圈电机一(3)直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机二(5)的转子之间由法兰盘二(4)固定连接，直线音圈电机二(7)直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机二(5)的定子之间由法兰盘三(6)固定连接，直线音圈电机二(7)直线自由度方向定子的一端与转动音圈电机三(9)的转子之间由法兰盘四(8)固定连接，直线音圈电机三(11)直线自由度方向动子的一端与转动音圈电机三(9)的定子之间由法兰盘五(10)固定连接，直线音圈电机三直线自由度方向(11)定子的一端固定有法兰盘六(12)，直线音圈电机一(3)上的动子和定子之间、直线音圈电机二(7)上的动子和定子之间、直线音圈电机三(11)上的动子和定子之间均设有平移位置测量传感器(13)，转动音圈电机一(1)的定子与法兰盘一(2)之间、转动音圈电机二(5)的定子与法兰盘三(6)之间、转动音圈电机三(9)的定子与法兰盘五(10)之间均设有转动角度测量传感器(14)。

2.根据权利要求1所述的空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，其特征在于，所述直线音圈电机一(3)和直线音圈电机二(7)之间的角度为90度。

3.根据权利要求1所述的空间六自由度刚柔动力学去耦合装置，其特征在于，所述直线音圈电机二(7)和直线音圈电机三(11)之间的角度为90度。