CN106992627A - 一种高频响直线驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高频响直线驱动机构，包括：壳体；机构转子，通过轴承与所述壳体连接；力矩电机定子，与所述壳体固连；力矩电机转子，与所述机构转子固连；绝对位置编码器，所述绝对位置编码器内圈通过过渡件与所述机构转子固连，所属绝对位置编码器外圈通过螺钉与所述机构转子固连；滚珠丝杠副螺母，与所述机构转子通过螺钉固连；滚珠丝杠副丝杆，一端通过螺钉固定有导向滑块；导向套筒，一端通过螺钉与所述壳体固连。本发明利用无框空心力矩电机直接与滚珠丝杠副同轴相连，将电机旋转运动转换为直线运动，结构简单，响应快速、精度高；运动轴线方向自带柔性环节，有助于机构提升力柔顺控制性能。

Description

一种高频响直线驱动机构
技术领域
本发明涉及航天器用驱动机构领域，特别涉及一种高频响直线驱动机构。
背景技术
高频响直线驱动机构是一种可用于航天飞行器弱撞击对接机构的设备，其可以准确执行机构运动控制策略，其运动性能直接决定机构力柔顺控制效果，特别是快速响应性及稳定性指标直接影响对接机构捕获缓冲性能的品质。
目前，公知的直线驱动机构不能满足输出力大、响应频率高、重量轻的要求。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频响直线驱动机构，以解决现有的直线驱动机构不能满足输出力大、响应频率高、重量轻的要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种高频响直线驱动机构，包括：
壳体；
机构转子，通过轴承与所述壳体连接；
力矩电机定子，与所述壳体固连；
力矩电机转子，与所述机构转子固连；
绝对位置编码器，所述绝对位置编码器内圈通过过渡件与所述机构转子固连，所属绝对位置编码器外圈通过螺钉与所述机构转子固连；
滚珠丝杠副螺母，与所述机构转子通过螺钉固连；
滚珠丝杠副丝杆，一端通过螺钉固定有导向滑块；
导向套筒，一端通过螺钉与所述壳体固连；
控制所述力矩电机转子旋转，带动滚珠丝杠副螺母旋转，从而带动滚珠丝杠副丝杆做直线运动；在运动过程中通过所述绝对位置编码器检测和反馈高频响直线驱动机构的位置和速度。
进一步地，所述导向滑块为半球形。
进一步地，所述滚珠丝杠副丝杆的另一端安装有柔性装置，用于减弱驱动机构在伸缩方向的刚度。
进一步地，所述导向套筒的另一端安装有末端缓冲组件，用于防止驱动机构过行程，并降低冲击力，起到缓冲作用。
进一步地，所述高频响直线驱动机构末端安装有压力传感器，用于驱动机构运动过程中对中轴向力的测量。
进一步地，所述末端缓冲组件的组成为：
压力传感器安装于铰链支架上，利用双螺母实现第一碟簧对压力传感器预紧力的施加，利用第一对心压块和第二对心压块实现压力传感器预紧力均匀施加；第二壳体与铰链支架相连，移动块分别通过导向销和导向套与第二壳体相连，第二碟簧通过导向销与移动块和第二壳体相连。
进一步地，所述机构转子通过深沟球轴承和角接触轴承，与所述壳体连接。
进一步地，通过第一挡盖压紧所述角接触轴承的内圈，通过第二挡盖压紧所述角接触轴承的外圈。
进一步地，所述力矩电机定子通过胶粘与所述壳体固连；所述力矩电机转子通过胶粘与所述机构转子固连。
本发明提供的高频响直线驱动机构取得的有益效果是：
1、利用无框空心力矩电机直接与滚珠丝杠副同轴相连，实现电机旋转运动转换为直线运动，结构简单，响应快速、精度高；
2、机构自带压力传感器，可以实现机构运动过程中轴向力的实时测量；
3、机构运动轴线方向自带柔性环节，有助于机构提升力柔顺控制性能。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明高频响直线驱动机构的整体模型；
图2为本发明高频响直线驱动机构的结构图；
图3为本发明高频响直线驱动机构中末端缓冲组件的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高频响直线驱动机构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本发明高频响直线驱动机构整体模型图；图2为本发明高频响直线驱动机构的结构图。如图2所示，力矩电机定子9胶粘在第一壳体8上，力矩电机转子10胶粘在机构转子11上，机构转子11分别通过一对角接触轴承12和一个深沟球轴承7与第一壳体8相连；分别通过第一挡盖13和第二挡盖14实现轴承12内、外圈的压紧；绝对位置编码器外圈6与第一壳体8通过螺钉固连，绝对位置编码器内圈5通过过渡件4与机构转子11固连；滚珠丝杠副螺母3通过螺钉与机构转子11固连，滚珠丝杠副丝杠2一端安装有柔性装置1，另一端通过螺钉16固定半球形导向滑块17；导向套筒15一端通过螺钉与第一壳体8固连，另一端安装有末端缓冲组件18。
图3为本发明高频响直线驱动击鼓中末端缓冲组件18的结构图，该装置包括：压力传感器18-11安装于铰链支架18-6上，利用双螺母18-4实现第一碟簧18-5对压力传感器18-11预紧力的施加，利用第一对心压块18-9和第二对心压块18-10实现压力传感器18-11预紧力均匀施加；第二壳体18-8与铰链支架18-6相连，移动块18-3分别通过导向销18-1和导向套18-7与第二壳体18-8相连，第二碟簧18-2通过导向销18-1与移动块18-3和第二壳体18-8相连。
滚珠丝杠副螺母与力矩电机转子同轴，直接将永磁同步电机转子的旋转运动转换为滚珠丝杠副丝杠的直线运动，简化传动链、提高机构动态响应能力和传动精度；滚珠丝杠副丝杠运动导向采用半球形导向块，使直线驱动机构输出端具有伸缩方向自由度的同时还具有沿轴线旋转的自由度；利用多圈绝对位置编码器内圈与绝对位置编码器外圈的相对运动直接测量螺母旋转速度，实现对机构运动位置和速度的测量。
直线驱动机构输出端安装有柔性装置，使直线驱动机构在伸缩方向的刚度减弱，提高缓冲能力；直线驱动机构后端安装有压力传感器，可以实现对直线驱动机构运动过程中轴向力的测量，提供给系统用于力闭环控制；直线驱动机构装有末端缓冲组件，在防止机构过行程的同时，起到缓冲作用，降低撞击力，有效保护机构。
下面结合附图说明本发明的工作情况和动作过程：
将6根高频响直线驱动机构安装于航天飞行器的对接机构中，作为对接环与对接框之间的联系，在航天器正常飞行过程中，直线驱动机构不工作。两航天飞行器在准备对接时，控制直线驱动机构力矩电机转子10旋转，带动滚珠丝杠副螺母3旋转，从而带动滚珠丝杠副丝杠2做直线运动，推出对接环到准备对接位置，并保持。
在捕获开始时，直线驱动机构丝杠2处于对接准备位置，当两飞行器对接机构接触后，根据直线驱动机构上的力传感器18-11测量对接机构撞击力，反馈给控制系统，并做出力及位置反馈，通过直线驱动机构力矩电机主动控制，实现对飞行器的柔性捕获。在捕获初期，为避免机构刚性过大，控制响应不够迅速，导致捕获失败，利用柔性装置1实现对力的缓冲，给控制系统和机构足够响应时间，保证对接机构的顺利捕获。在对接机构缓冲阶段、通过力矩电机主动调节丝杠2上的反向作用力，实现对接机构的缓冲。在机构运动过程中通过绝对位置编码器全程监测和反馈直线驱动机构位置和速度。
本发明直线驱动机构可以实现：直线运动行程320mm，最大运动速度0.13m/s，机构最大输出力750N，在带载20kg的情况下，频宽不小于12Hz1db，10°，机构质量4.5kg。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种高频响直线驱动机构，其特征在于，包括：
壳体；
机构转子，通过轴承与所述壳体连接；
力矩电机定子，与所述壳体固连；
力矩电机转子，与所述机构转子固连；
绝对位置编码器，所述绝对位置编码器内圈通过过渡件与所述机构转子固连，所属绝对位置编码器外圈通过螺钉与所述机构转子固连；
滚珠丝杠副螺母，与所述机构转子通过螺钉固连；
滚珠丝杠副丝杆，一端通过螺钉固定有导向滑块；
导向套筒，一端通过螺钉与所述壳体固连；
控制所述力矩电机转子旋转，带动滚珠丝杠副螺母旋转，从而带动滚珠丝杠副丝杆做直线运动；在运动过程中通过所述绝对位置编码器检测和反馈高频响直线驱动机构的位置和速度。
2.如权利要求1所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述导向滑块为半球形。
3.如权利要求1所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述滚珠丝杠副丝杆的另一端安装有柔性装置，用于减弱驱动机构在伸缩方向的刚度。
4.如权利要求1所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述导向套筒的另一端安装有末端缓冲组件，用于防止驱动机构过行程，并降低冲击力。
5.如权利要求4所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述高频响直线驱动机构末端安装有压力传感器，用于驱动机构运动过程中对中轴向力的测量。
6.如权利要求4所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述末端缓冲组件的组成为：
压力传感器安装于铰链支架上，利用双螺母实现第一碟簧对压力传感器预紧力的施加，利用第一对心压块和第二对心压块实现压力传感器预紧力均匀施加；第二壳体与铰链支架相连，移动块分别通过导向销和导向套与第二壳体相连，第二碟簧通过导向销与移动块和第二壳体相连。
7.如权利要求1所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述机构转子通过深沟球轴承和角接触轴承，与所述壳体连接。
8.如权利要求7所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，通过第一挡盖压紧所述角接触轴承的内圈，通过第二挡盖压紧所述角接触轴承的外圈。
9.如权利要求1所述的高频响直线驱动机构，其特征在于，所述力矩电机定子通过胶粘与所述壳体固连；所述力矩电机转子通过胶粘与所述机构转子固连。
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