CN116877861A - 一种基于柔性设计的视轴减振稳定平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性设计的视轴减振稳定平台，包括：万向架、柔性连接阵列、阻尼器阵列、中心轴承组件和支撑盘组件；万向架包括外俯仰框架和内框架，内框架置于外俯仰框架内部，且与外俯仰框架共轴；支撑盘组件有两组，分别布置在外俯仰框架和内框架的侧壁之间；中心轴承组件有两组，分别连接外俯仰框架、支撑盘组件和内框架；柔性连接阵列分为两组，外组和内组，外组连接外俯仰框架和支撑盘组件，内组连接内框架和支撑盘组件；阻尼器阵列有两组，分别连接内框架两外壁和正对的支撑盘组件。本发明节省内部空间，简化系统，增强可靠性。

Description

一种基于柔性设计的视轴减振稳定平台

技术领域

本发明属于机载光电技术领域，涉及一种基于柔性设计的视轴减振稳定平台，用于将有效载荷从支撑结构的平动、转动和角振动中隔离出来。

背景技术

机载光电稳定平台是一种将可见光电视、红外热像以及激光测照器等光电精密传感器集成于一体的重要任务设备，通过伺服软件控制实现光电稳定平台的精确运动，实现载机“搜索、探测、定位”等功能，具有体积小、重量轻、精度高等点。由于载机工作环境的影响，平台产生振动现象是不可避免的，减振系统是光电稳定平台中唯一的减振和缓冲装置，用于减小载机平台振动或冲击对光电传感器性能，特别是稳定精度的影响。

目前已有的技术中，光电稳定平台采用的主流的结构形式，即由两个内外万向架组成，每个万向架有方位和俯仰两个回转轴组成，外环万向架的方位和俯仰结构随动与系统，内环万向架的方位和俯仰结构是核心部件，整体刚性较高，能够实现最终的稳像效果。万向架的转轴均通过电磁力矩电机驱动，而力矩电机需要安装在万向架的轴线位置，使得安装有效载荷的左右空间受限。稳定平台需要避免与减振装置或者万向架之间的干涉，上述结构带来的问题是，当稳定平台跟踪目标运动超出操控限制时，会引起万向架的自锁现象。此外，传统两轴四框架结构形式只有俯仰和方位两个自由度稳定功能，而新型柔性稳定平台可以实现多自由度(包括横滚方向)稳定功能。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种适用于机载光电技术领域的视轴减振稳定平台，利用柔性连接阵列将传统外俯仰框架与内框架相连，通过柔性连接阵列与阻尼器阵列的组合实现有效载荷的多自由度转动，包括方位、俯仰和横滚方向；同时，将有效载荷从支撑结构的平动、转动和角运动中隔离出来，解决稳定平台与减振装置或者万向架之间的干涉问题，以及过顶跟踪时万向架的自锁现象。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种视轴减振稳定平台包括万向架、柔性连接阵列3、阻尼器阵列4、中心轴承组件5和支撑盘组件7；万向架包括外俯仰框架1和内框架2，内框架2置于外俯仰框架1内部，且与外俯仰框架1共轴；支撑盘组件7有两组，分别布置在外俯仰框架1和内框架2的侧壁之间；中心轴承组件5有两组，分别连接外俯仰框架1、支撑盘组件7和内框架2；柔性连接阵列3分为两组，外组和内组，外组连接外俯仰框架1和支撑盘组件7，内组连接内框架2和支撑盘组件7；阻尼器阵列4有两组，分别连接内框架2两外壁和正对的支撑盘组件7。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，具有以下有益效果：

(1)柔性连接结构与阻尼器阵列组合形式，不仅可以为有效载荷相对于框架提供方位、俯仰以及横滚的多自由度转动，同时还可以完成高频扰动的被动隔振，无需增设隔震结构。且采取该种形式的稳定平台不需要避免和传统减震器与万向架之间的干涉，优点是节省内部空间，简化系统，增强可靠性。

(2)柔性连接结构是由八对性连接结构单体，八对柔性连接结构单体布置后的减振阵列布局结构形式为圆形，每对柔性连接结构单体是由两个布置成锥形，该布局可以使弹性支点中心与有效载荷的质心重合，保证线-角振动解耦，避免带来较大的角扰动，使配平更加简单准确，从而更容易获得良好的成像效果。

(3)使用三个以上电磁力矩电机替传动单自由度的力矩电机，一方面可避免这些力矩电机必须安装在万向架轴线位置，解除电机布局限制对载荷使用空间的减少，另一方面稳定平台跟踪目标时，方位方向的运动超出操控限制时，不会引起万向架的自锁现象，为目标的自动跟踪识别创造便利。

附图说明

图1是本发明所述的视轴减振稳定平台前视图。

图2是本发明所述的视轴减振稳定平台剖视图。

图3是本发明所述的视轴减振稳定平台的爆炸示意图。

图4是本发明所述的柔性弹簧剖视图。

图5是本发明所述的视轴减振稳定平台的柔性连接阵列的圆形布局示意图。

图6是本发明所述的视轴减振稳定平台的阻尼器阵列示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例适用于机载光电技术领域的视轴减振稳定平台，利用柔性连接阵列将传统外俯仰框架与内框架相连，通过柔性连接阵列与阻尼器阵列的组合实现有效载荷的多自由度转动，包括方位、俯仰和横滚方向。同时，将有效载荷从支撑结构的平动、转动和角运动中隔离出来，解决了稳定平台与减振装置或者万向架之间的干涉问题，以及过顶跟踪时万向架的自锁现象。

如图1至图6所示，本实施例视轴减振稳定平台包括万向架、柔性连接阵列3、阻尼器阵列4、中心轴承组件5和支撑盘组件7；万向架包括外俯仰框架1和内框架2，内框架2置于外俯仰框架1内部，且与外俯仰框架1共轴；支撑盘组件7有两组，分别布置在外俯仰框架1和内框架2的侧壁之间；中心轴承组件5有两组，分别连接外俯仰框架1、支撑盘组件7和内框架2；柔性连接阵列3分为两组，外组和内组，外组连接外俯仰框架1和支撑盘组件7，内组连接内框架2和支撑盘组件7；阻尼器阵列4有两组，分别连接内框架2两外壁和正对的支撑盘组件7。

每组支撑盘组件7包括层叠的支撑盘一7a和支撑盘二7b，支撑盘一7a与支撑盘二7b共轴且用安装螺钉相连接，支撑盘一7a靠近内框架2，用于支撑内框架2，支撑盘二7b靠近外俯仰框架1，用于支撑外俯仰框架1。支撑盘二7b的外侧壁上设置有支撑法兰盘，支撑法兰盘与外俯仰框架1的内壁相接触。

每组中心轴承组件5包括中心轴承一5a和中心轴承二5b，中心轴承一5a一端穿过内框架2中心过孔与内框架2连接，另一端穿过支撑盘二7b的中心过孔通过中心构件6与中心轴承二5b的中心相连接，中心轴承二5b安装于外俯仰框架1的中心过孔内。中心轴承一5a和中心轴承二5b间隙配合相连，中心轴承一5a跟随内框架2旋转，中心轴承二5b跟随外俯仰框架1旋转。中心构件6安装于支撑盘一7a的中心过孔上。

柔性连接阵列3设置在光电稳定平台的外俯仰框架1与内框架2之间，用于实现光电稳定平台多自由度稳定功能；所述的外俯仰框架1是第一安装构件，可以相对于构件围绕俯仰轴线进行角度调节，本身可以围绕方位轴进行角度调节。内框架2用于安装传感器组件，可以将力矩电机安装于内框架2之上，每个力矩电机有活动轴线，可以向内框架2施加定位力，与柔性连接结构组成主\被动减振功能。

柔性连接阵列3中，外组的一端通过铰链与外俯仰框架1相连，另一端通过铰链与支撑盘二7b连接；内组的一端通过铰链与内框架2相连，另一端通过铰链与支撑盘一7a连接。

柔性连接阵列3中，外组和内组形成十六对柔性连接结构单体，在外俯仰框架1两侧内壁与内框架2两侧外壁之间分别布置八对柔性连接结构单体。同一侧的八对柔性连接结构单体布置后形成的柔性连接阵列3结构形式为圆形，每对柔性连接结构单体包括两个或两个以上布置成锥形或成120°角的柔性弹簧。每对柔性连接结构单体中，弹簧的一端连接对应的外俯仰框架1的内侧壁或内框架2的外侧壁，另一端连接对应的支撑盘组件7；每一个柔性连接结构单体使内框架2相对于外俯仰框架1进行俯仰、方位和横滚方向三个自由度上的线性平动和三个自由度上的转动。

每对柔性连接结构单体的两根弹簧均包括柔性弹簧本体3-2和连接在其两端的旋转端盖3-1；柔性弹簧本体3-2两端分别为球铰结构，旋转端盖3-1一端与球铰结构配合连接，另一端的弯钩结构分别与对应的外俯仰框架1内侧壁的安装孔、内框架2外侧壁的安装孔、支撑盘组件7相连接，从而保证当外俯仰框架1绕俯仰轴转动时，柔性弹簧本体3-2的特性保持不变。

内框架2上设置电机阵列，柔性连接阵列3由电机阵列驱动来实现转动。电机阵列包括多个力矩电机，每个力矩电机具有一个运动方向，沿着该运动方向可以使柔性连接阵列3自由移动。这样，多个力矩电机组成的电机阵列可以围绕任意旋转轴自由转动。

弹簧是机械加工的、双头的、螺旋柔性弹簧，且两端是球铰与旋转端盖连接形式。由于内框架2与柔性连接阵列3自身的刚度，每个弹簧都会在纵向和横向存在较多阶的固有模态，带有高刚度柔性弹簧的系统在共振频率下振动放大因子会很大，会使柔性弹簧疲劳损坏，因此，通过给柔性弹簧增加摩擦来降低共振时的放大因子，其具体实施是在柔性弹簧内部增加直径略大于弹簧内径的套管，通过过盈配合增加弹簧内径的径向压力，增大弹簧使用寿命。

阻尼器阵列4一端通过铰链接与支撑盘一7a相连，另一端通过螺钉与内框架2连接。每组阻尼器阵列4包括至少6个阻尼器，阻尼器可以是液压也可以是气压的，阻尼器的一端通过球铰结构与支撑盘一7a连接，另一端通过安装螺钉与内框架2相连。电机阵列驱动柔性连接阵列3自由移动，从而使阻尼器可以同时绕着XYX三个正交轴旋转，而不使阻尼器发生弯曲变形。

在工作时柔性连接阵列3与阻尼器阵列4的组合形式，可以替代传两轴四框架结构中隔振机构的高频扰动的被动隔振功能，为视轴平台提供一个稳定的工作环境；进一步，可以在内框架2上设置电机阵列驱动来实现一种主/被动混合隔振系统，包含至少四个支撑电机组成的阵列，每个力矩电机具有一个运动方向，沿着该运动方向可以使柔性连接结构自由移动。这样，多个力矩电机组成的电机阵列可以围绕任意旋转轴自由转动，实现对有效载荷的低频扰动抑制和主动运动控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，包括：万向架、柔性连接阵列(3)、阻尼器阵列(4)、中心轴承组件(5)和支撑盘组件(7)；万向架包括外俯仰框架(1)和内框架(2)，内框架(2)置于外俯仰框架(1)内部，且与外俯仰框架(1)共轴；支撑盘组件(7)有两组，分别布置在外俯仰框架(1)和内框架(2)的侧壁之间；中心轴承组件(5)有两组，分别连接外俯仰框架(1)、支撑盘组件(7)和内框架(2)；柔性连接阵列(3)分为两组，外组和内组，外组连接外俯仰框架(1)和支撑盘组件(7)，内组连接内框架(2)和支撑盘组件(7)；阻尼器阵列(4)有两组，分别连接内框架(2)两外壁和正对的支撑盘组件(7)。

2.如权利要求1所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，每组所述支撑盘组件(7)包括层叠的支撑盘一(7a)和支撑盘二(7b)，支撑盘一(7a)与支撑盘二(7b)共轴且用安装螺钉相连接，支撑盘一(7a)靠近内框架(2)，用于支撑内框架(2)，支撑盘二(7b)靠近外俯仰框架(1)，用于支撑外俯仰框架(1)。

3.如权利要求2所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述支撑盘二(7b)的外侧壁上设置有支撑法兰盘，支撑法兰盘与外俯仰框架(1)的内壁相接触。

4.如权利要求3所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，每组所述中心轴承组件(5)包括中心轴承一(5a)和中心轴承二(5b)，中心轴承一(5a)一端穿过内框架(2)中心过孔与内框架(2)连接，另一端穿过支撑盘二(7b)的中心过孔通过中心构件(6)与中心轴承二(5b)的中心相连接，中心轴承二(5b)安装于外俯仰框架(1)的中心过孔内；中心构件(6)安装于支撑盘一(7a)的中心过孔上。

5.如权利要求4所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述中心轴承一(5a)和中心轴承二(5b)间隙配合相连，中心轴承一(5a)跟随内框架(2)旋转，中心轴承二(5b)跟随外俯仰框架(1)旋转。

6.如权利要求5所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述柔性连接阵列(3)中，外组的一端通过铰链与外俯仰框架(1)相连，另一端通过铰链与支撑盘二(7b)连接；内组的一端通过铰链与内框架(2)相连，另一端通过铰链与支撑盘一(7a)连接。

7.如权利要求6所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述柔性连接阵列(3)中，外组和内组形成十六对柔性连接结构单体，在外俯仰框架(1)两侧内壁与内框架(2)两侧外壁之间分别布置八对柔性连接结构单体；同一侧的八对柔性连接结构单体布置后形成的柔性连接阵列(3)结构形式为圆形，每对柔性连接结构单体包括两个或两个以上布置成锥形或成120°角的柔性弹簧；每对柔性连接结构单体中，弹簧的一端连接对应的外俯仰框架(1)的内侧壁或内框架(2)的外侧壁，另一端连接对应的支撑盘组件(7)；每一个柔性连接结构单体使内框架(2)相对于外俯仰框架(1)进行俯仰、方位和横滚方向三个自由度上的线性平动和三个自由度上的转动。

8.如权利要求7所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，每对所述柔性连接结构单体的两根弹簧均包括柔性弹簧本体(3-2)和连接在其两端的旋转端盖(3-1)；柔性弹簧本体(3-2)两端分别为球铰结构，旋转端盖(3-1)一端与球铰结构配合连接，另一端的弯钩结构分别与对应的外俯仰框架(1)内侧壁的安装孔、内框架(2)外侧壁的安装孔、支撑盘组件(7)相连接。

9.如权利要求8所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述内框架(2)上设置电机阵列，柔性连接阵列(3)由电机阵列驱动来实现转动；电机阵列包括多个力矩电机，每个力矩电机具有一个运动方向，沿着该运动方向使柔性连接阵列(3)自由移动。

10.如权利要求9所述的基于柔性设计的视轴减振稳定平台，其特征在于，所述阻尼器阵列(4)一端通过铰链接与支撑盘一(7a)相连，另一端通过螺钉与内框架(2)连接；每组阻尼器阵列(4)包括至少6个阻尼器，阻尼器的一端通过球铰结构与支撑盘一(7a)连接，另一端通过安装螺钉与内框架(2)相连。