CN113238254A - 压电液压高精度定位平台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电液压高精度定位平台装置,包括:顶部平台组件、底部平台;所述顶部平台组件设置于压电液压高精度定位平台装置的顶部;所述顶部平台组件包括:顶部平台、轴承座、轴承和连接轴;所述顶部平台采用圆环板状结构;所述顶部平台的底部设置六个相同的曲边矩形沉槽;所述曲边矩形沉槽两个相邻为一组;所述曲边矩形沉槽均布在所述顶部平台底面;所述曲边矩形沉槽底部对称设置两个通孔;本发明结构简单紧凑,压电泵驱动的作动器用到了在轨卫星相机高精度定位平台上,针对太空微重力、辐射等复杂环境。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械领域,具体地,涉及一种压电液压高精度定位平台装置。尤其涉及一种面向在轨卫星的压电泵—液压高精度定位平台。
背景技术
光学遥感卫星是用作外层空间遥感平台的人造卫星,其上装有光学载荷,用于提供高质量的地球图像信息,其应用范围涉及资源勘探,气象监测,人员搜救,地理测绘等领域,极大地满足了社会经济和科技发展的需求,是近年来各国争相发展航天领域的热点。
光学载荷的正常工作需要超静力学工作环境,单纯的靠控制算法很难实现平台控制的精度和稳定度。因此,稳定的高精度操控平台是光学载荷发挥其性能的前提保证。
对光学载荷光轴的指向控制通常是通过对卫星整体的姿态机动来实现的。但是由于卫星的质量较大,姿态调整很慢,难以实现载荷的快速指向机动控制,同时消耗大量能量;其次卫星姿态机动容易引发光学载荷抖动,严重影响载荷光轴的指向稳定度,导致其成像模糊不清。因此,对载荷光轴的主动控制可以避免调整平台姿态,更加稳定快速成像。
本发明针对提高卫星光学载荷姿态精度和稳定度这一问题,结合载荷光轴主动控制这一方法,提出了一种压电泵-液压高精度定位平台。
专利文献CN 102141110 A公开了一种液压振动主动隔离平台,提到的用于车载、船舶的液压主动隔离平台;该平台同时也采用了传统的六自由度运动平台,为车载、船舶光学设备提供稳定平台。该设备采用传统液压推进形式,本发明采用压电螺杆泵驱动活塞杆,从驱动原理上看有很大区别;此外该液压作动器精度较低;另一方面该振动主动隔离平台油箱,阀门、管路等附加设备较多,结构复杂;该平台将油箱管路等集成到一个平台上,系统简单,易于小型化,定位精度高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种压电液压高精度定位平台装置。
根据本发明提供的一种压电液压高精度定位平台装置,包括:顶部平台组件、底部平台;所述顶部平台组件设置于压电液压高精度定位平台装置的顶部;所述顶部平台组件包括:顶部平台、轴承座、轴承和连接轴;所述顶部平台采用圆环板状结构,所述顶部平台的底部设置六个相同的曲边矩形沉槽;所述曲边矩形沉槽两个相邻为一组,分为三组,所述曲边矩形沉槽均布在所述顶部平台底面;所述曲边矩形沉槽底部对称设置两个通孔;所述轴承座采用曲边矩形结构,所述轴承座的两端对称设置大小相同通孔,所述轴承座的中间设置一个中心通孔;所述连接轴采用圆柱结构。
优选地,还包括:新型压电螺杆泵液压直线作动器、底部连接套筒;
所述压电螺杆泵液压直线作动器与底部连接套筒相连;
优选地,还包括:连接铰链组件、连接支座;
所述连接铰链组件与连接支座相连。
优选地,所述新型压电螺杆泵液压直线作动器包括:贴片式压电螺杆泵单元、液压缸、活塞、活塞杆;
所述贴片式压电螺杆泵单元包括:外部衬套、压电陶瓷片以及内部螺杆;
所述外部衬套采用阶梯圆柱管结构;
所述外部衬套的外部沿圆周均布四个平面;
优选地,还包括:法兰盘部件;
所述法兰盘部件包括:第一法兰盘、第二法兰盘;
所述第一法兰盘、第二法兰盘对称设置;
所述法兰盘部件均布四个通孔;
所述法兰盘部件的内部设置内螺纹和两个对称流道;
所述内部螺杆采用外部设置螺纹的杆状结构;
所述液压缸的一侧开口,所述液压缸的另一侧采用封闭的圆筒结构;所述液压缸的另一侧设置通孔;
所述液压缸的内部设置对称流道。
优选地,所述法兰盘部件包括:第三法兰盘;
所述底部连接套筒采用阶梯圆柱筒结构;
所述第三法兰盘设置于底部连接套筒的端部;
从第三法兰盘至远离第三法兰盘方向依次为外部套筒、活塞杆套筒、底座连接件。
所述底座连接件的底部均布设置四个螺纹盲孔。
优选地,所述底部平台采用去掉三个尖端的三角环状结构,表面设置六个圆形沉槽,两个一组,均布在三角环结构三个端部;所述圆形沉槽底部均布设置四个螺纹盲孔;
所述连接支座采用阶梯圆柱结构,端部均匀设置四个阶梯圆柱通孔。
优选地,所述连接铰链组件包括:第一铰链、第二铰链、卡位轴、卡位环;
所述第一铰链采用圆柱空心结构,上部设置相贯通孔,圆环凹槽;
所述相贯通孔的中心线和圆环凹槽的中心线相交;
所述相贯通孔的中心线和圆环凹槽的中心线处在同一水平位置;
所述第一铰链的下部对称设置两个带有通孔的双耳结构;所述第一铰链与第二铰链采用的结构相同;
所述卡位环采用开口圆环;
所述卡位环的截面为圆形;
所述卡位轴采用圆柱结构。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明结构简单紧凑,压电泵驱动的作动器用到了在轨卫星相机高精度定位平台上,针对太空微重力、辐射等复杂环境;
2、本发明省去了复杂的储油箱结构和外部管路,减轻了作动平台质量,降低卫星成本投入,提高了作动平台的可靠性;
3、本发明中,液压活塞杆作动平稳连续,精度较高,相对于传统定位平台,对振动非常敏感的相机来说,该定位平台在高精度、稳定性两个方面具有显著优势。
4、本发明具有自锁功能,平台静止状态下,压电陶瓷片不同点,作动器内部液体被内部螺杆隔离开,不在流动,因而活塞杆静止不动,实现平台自锁,同时该平台具有隔振功能,保证了平台的高精度稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明中卫星相机压电-液压高精度定位平台三维结构示意图。
图2是本发明中新型压电螺杆泵液压直线作动器及其连接装置结构示意图。
图3是本发明中新型压电螺杆泵液压直线作动器剖面示意图。
图4是本发明中连接铰链组件爆炸图和整体三维结构示意图。
图5是本发明中底部连接套筒四分之一剖切三维结构示意图。
图6是本发明中卫星相机三维结构示意图。
图7是本发明中顶部平台三维结构示意图。
图8是本发明中底部平台三维结构示意图。
图9是本发明中实施例的平台三维结构示意图。
图10是第二种新型压电螺杆泵液压直线作动器四分之一剖结构示意图。
其中,1-卫星相机模型,2-顶部平台,3-新型压电螺杆泵液压直线作动器,4-底部连接套筒,5-底部平台,6-连接铰链组件,7-连接支座,8-轴承座,9-轴承,10-连接轴,11-贴片式压电螺杆泵单元,12-液压缸,13-活塞,14-活塞杆,15-外部衬套,16-压电陶瓷片,17-内部螺杆,18-第一法兰盘,19-第二法兰盘,20-第三法兰盘,21-外部套筒,22-活塞杆套筒,23-底座连接件,24-第一铰链,25-第二铰链,26-卡位轴,27-卡位环,28-相贯通孔,29-圆环凹槽,30-双耳结构;31-内部螺杆;32-密封圈;33-外部管道;34-引线孔,35-曲边矩形沉槽,36-圆形沉槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种面向在轨卫星相机的压电泵—液压高精度定位平台包括:卫星相机模型1,顶部平台2,新型压电螺杆泵液压直线作动器3,底部连接套筒4,底部平台5,连接铰链组件6,连接支座7,轴承座8,轴承9,连接轴10,贴片式压电螺杆泵单元11,液压缸12,活塞13,活塞杆14,外部衬套15,压电陶瓷片16,内部螺杆17,第一法兰盘18,第二法兰盘19,第三法兰盘20,外部套筒21,活塞杆套筒22,底座连接件23,第一铰链24,第二铰链25,卡位轴26,卡位环27,相贯通孔28,圆环凹槽29,双耳结构30;内部螺杆31;密封圈32;外部管道33;引线孔34,曲边矩形沉槽35,圆形沉槽36。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本发明公开了一种面向在轨卫星相机的压电泵—液压高精度定位平台,包括顶部平台组件、新型压电螺杆泵液压直线作动器、底部连接套筒、底部平台、连接铰链组件、连接支座。
所述六个新型压电螺杆泵液压直线作动器及其所连接件都相同,下面以其任意一个为例展开描述:
所述顶部平台组件包含顶部平台、轴承座、轴承和连接轴;所述顶部平台为圆环板状结构,底部设置六个相同曲边矩形沉槽,两个相邻为一组,分为三组,均布在所述顶部平台底面;所述曲边矩形沉槽底部对称设置两个通孔;
所述轴承座为曲边矩形结构,两端对称设置大小相同通孔,通过螺栓固定在顶部平台上;中间设置一个中心通孔,与轴承过盈配合,固定轴承;所述连接轴为圆柱结构,一端与轴承过盈配合,另一端与所述第一铰链中心孔过盈配合连接。
所述新型压电螺杆泵液压直线作动器包括贴片式压电螺杆泵单元、液压缸、活塞、活塞杆,所述贴片式压电螺杆泵单元包含外部衬套、压电陶瓷片和内部螺杆;
所述外部衬套为圆柱管结构,外部沿圆周均布四个平面,对称设置均布两个带有四个通孔的法兰盘,用于固定连接,分别为第一法兰盘和第二法兰盘;内部设置内螺纹和两个对称流道;内部螺杆为外螺纹杆状结构;液压缸为一侧开口,一侧封闭的圆筒结构,封闭一侧设置通孔,内部设置对称流道,两个液压缸对称分布在所述外部衬套两侧,中间用密封圈进行密封同时,也起到隔振作用;给压电陶瓷片通电,所述压电螺杆泵单元工作,将液体从所述内部螺杆一侧泵输到另一侧,使活塞杆进行工进运动或者工退运动,通过控制实现六个所述新型压电螺杆泵液压直线作动器的不同运动,进而实现定位平台的高精度调节,该作动器定位精度能够达到微米级;断电后,内部螺杆正好起到密封作用,液体停止流动,作动器能够保持断电前的工作状态,为卫星相机成像提供高精度稳定平台。
所述底部连接套筒为阶梯圆柱筒结构,端部设置法兰盘,从法兰盘至远离法兰盘方向依次为外部套筒、活塞杆套筒、底座连接件,法兰盘用于与所述外部衬套通过螺栓连接,所述外部套筒套在外部衬套上,所述活塞杆套筒用于提供活塞杆运动的空间,所述底部连接套筒作用在于保证固定连接作动器,同时提供下部活塞杆运动空间。所述新型压电螺杆泵液压直线作动器底座连接件底部均布设置四个螺纹盲孔。
所述底部平台为去掉三个尖端的三角环状结构,表面设置六个圆形沉槽,两个一组,均布在三角环结构三个端部;所述圆形沉槽底部均匀设置四个螺纹盲孔,与连接支座通过螺钉固定相连;
所述连接支座为阶梯圆柱结构,端部均匀设置四个阶梯圆柱通孔;
所述连接铰链组件在作动器两端各设置一个,共计两个;以任意一个连接铰链组件为例,所述连接铰链组件包括第一铰链、第二铰链、十字轴、卡位轴、卡位环;所述第一铰链与第二铰链结构相同;所述第一铰链为圆柱空心结构,上部设置相贯通孔,圆环凹槽;所述相贯通孔用于和卡位轴配合,所述圆环凹槽和卡位环配合;其中所述相贯通孔中心和圆环凹槽中心线相交,处在同一水平位置;所述第一铰链下部对称设置两个带有通孔的双耳结构;
所述十字轴为长方体,四个侧面设置四个连接轴,圆心在同一条线的两个轴孔分别与所述第一、第二铰链的双耳结构过盈配合连接;
所述卡位环为开口圆环,截面为圆形,用于固定卡位轴;所述卡位轴为圆柱结构,穿过相关通孔,卡住与铰链配合的连接件。
如图1所示,本发明公开了一种面向在轨卫星相机的压电泵—液压高精度定位平台,包括卫星相机模型、顶部平台组件、新型压电螺杆泵液压直线作动器、底部连接套筒、底部平台、连接铰链组件、连接支座;其中六个相同的所述新型压电螺杆泵液压直线作动器通过连接铰链组件,连接支座固定连接在顶部平台和底部平台之间;通过控制六个新型压电螺杆泵液压直线作动器直线运动,可以实现该台六个自由度的姿态调整。
如图2所示,其中所述连接套筒为半剖结构;新型压电螺杆泵液压直线作动器上端活塞杆通过过盈配合与所述连接铰链组件进行连接,所述连接铰链组件另一端与连接轴过盈配合连接,连接轴与轴承配合,该处能够实现转动;所述新型压电螺杆泵液压直线作动器下端同样与连接铰链组件过盈配合连接,连接铰链组件另一端与连接支座过盈配合,连接支座通过螺钉固定连接在所述底部平台。
如图3所示,所述外部衬套为圆柱管结构,外部沿圆周均布四个平面,对称设置均布四个通孔的法兰盘,用于固定连接,分别为第一法兰盘和第二法兰盘;内部设置内螺纹和两个对称流道;内部螺杆为外螺纹杆状结构;液压缸为一侧开口,一侧封闭的圆筒结构,封闭一侧设置通孔,内部设置对称流道,两个液压缸对称分布在所述外部衬套两侧,中间用密封圈进行密封同时,也起到隔振作用;给压电陶瓷片通电,所述压电螺杆泵单元工作,将液体从所述内部螺杆一侧泵输到另一侧,使活塞杆进行工进运动或者工退运动,通过控制实现六个所述新型压电螺杆泵液压直线作动器的不同运动,进而实现定位平台的姿态调节,该作动器定位精度能够达到微米级。
如图4所示,所述第一铰链、第二铰链的双耳结构与十字轴过盈配合连接,将两个铰链进行连接;卡位轴穿过所述相贯通孔,防止外部连接轴穿过铰链;卡位环与圆形槽配合,防止卡位轴脱落;所述连接铰链组件能够实现两个自由度的运动。
如图5所示,为所述连接套筒四分之一剖切三维结构示意图,整体为阶梯圆柱筒结构,外部套筒内径大于所述外部衬套的外径,活塞杆套筒的内径大于活塞杆的外径,保证所述第三法兰盘和第二法兰盘进行固定连接;活塞杆套筒的作用在于提供活塞杆作动的的行程空间;所述底座连接件底部设置四个螺纹盲孔,用于与底部连接支座固定连接。
如图6所示,卫星相机结构模型固定在顶部平台上,跟随顶部平台的运动进行姿态调整和精密定位。
如图7所示,为顶部平台底面示意图,顶部平台中心设置通孔,用于做定位孔,并且安装卫星相机;底面设置六个相同的曲边矩形下沉槽,曲边矩形下沉槽内部对称设置两个通孔,两个所述曲边矩形下沉槽为一组,三组曲边矩形下沉槽圆周均与布置在顶部平台底面。
如图8、图9所示,底部平台为去掉三个尖端的三角环结构,表面设置六个圆形下沉槽,两个为一组,设置在所述底部平台三个端部,圆形下沉槽内部均布四个螺纹盲孔;连接支座为阶梯圆柱结构,较大圆柱表面设置四个阶梯孔,螺钉通过阶梯孔与所述底部平台固定连接,较小圆柱与连接铰链组件过盈配合。
如图10所示,作为另外一种设计方案,该设计将压电陶瓷片粘贴到内部螺杆,将流道从内部引出到外部,实现液体从一侧被泵输到另一侧,运动原理与上述方案相同,为该平台提供新的方案。该设计的优势在于,流道引出外部,方便内部注满液体和密封,内部粘贴陶瓷片,与外部相比,相同长度下,内部螺杆的直径更小,这有利于提高压电泵的工作能力,进而提高整个平台的性能。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,包括:顶部平台组件、底部平台;
所述顶部平台组件设置于压电液压高精度定位平台装置的顶部;
所述底部平台设置于压电液压高精度定位平台装置的底部;
所述顶部平台组件包括:顶部平台、轴承座、轴承和连接轴;
所述顶部平台采用圆环板状结构,
所述顶部平台的底部设置六个相同的曲边矩形沉槽;
所述轴承座采用曲边矩形结构,所述轴承座的两端对称设置大小相同通孔,所述轴承座的中间设置一个中心通孔;
所述连接轴采用圆柱结构。
2.根据权利要求1所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,还包括:压电螺杆泵液压直线作动器、底部连接套筒;
所述压电螺杆泵液压直线作动器与底部连接套筒相连。
3.根据权利要求1所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,还包括:连接铰链组件、连接支座;
所述连接铰链组件与连接支座相连;
连接支座采用阶梯圆柱结构,连接支座的端部均匀设置四个阶梯圆柱通孔。
4.根据权利要求2所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,所述压电螺杆泵液压直线作动器包括:贴片式压电螺杆泵单元、液压缸、活塞、活塞杆;
所述贴片式压电螺杆泵单元包括:外部衬套、压电陶瓷片以及内部螺杆;
所述外部衬套采用阶梯圆柱管结构;
所述外部衬套的外部沿圆周均布四个平面。
5.根据权利要求4所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,还包括:法兰盘部件;
所述法兰盘部件包括:第一法兰盘、第二法兰盘;
所述第一法兰盘、第二法兰盘对称设置;
所述法兰盘部件均布四个通孔;
所述法兰盘部件的内部设置内螺纹和两个对称流道;
所述内部螺杆采用外部设置螺纹的杆状结构;
所述液压缸的一侧开口,所述液压缸的另一侧采用封闭的圆筒结构;所述液压缸的另一侧设置通孔;
所述液压缸的内部设置对称流道。
6.根据权利要求5所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,所述法兰盘部件包括:第三法兰盘;
所述底部连接套筒采用阶梯圆柱筒结构;
所述第三法兰盘设置于底部连接套筒的端部;
从第三法兰盘至远离第三法兰盘方向依次为外部套筒、活塞杆套筒、底座连接件;
所述底座连接件的底部均布设置四个螺纹盲孔。
7.根据权利要求5所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,所述底部平台采用去掉三个尖端的三角环状结构。
8.根据权利要求3所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,所述连接铰链组件包括:第一铰链、第二铰链、卡位轴以及卡位环;
所述第一铰链采用圆柱空心结构,上部设置相贯通孔,圆环凹槽;
所述相贯通孔的中心线和圆环凹槽的中心线相交;
所述相贯通孔的中心线和圆环凹槽的中心线处在同一水平位置;
所述第一铰链的下部对称设置两个带有通孔的双耳结构;
所述卡位环采用开口圆环;
所述卡位环的截面为圆形;
所述卡位轴采用圆柱结构。
9.根据权利要求1所述的压电液压高精度定位平台装置,其特征在于,所述曲边矩形沉槽两个相邻为一组;
所述曲边矩形沉槽均布在所述顶部平台底面;
所述曲边矩形沉槽底部对称设置两个通孔。
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