[發明專利]高集成度的空間擺鏡驅動裝置

無效

• 申請號: 200910067302.X
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101609209A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 汪逸群;顏昌翔;劉偉;謝濤;劉長順
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;H02K7/10;G01S7/481
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所
• 代理人: 趙炳仁

技術領域

本發明涉及一種特別適用于空間光學遙感器中的對擺鏡進行驅動的驅動裝置。

背景技術

在各種空間光學遙感器中，根據不同的成像方式，擺鏡常被用于反射地物光學信號、對地物進行運動補償、擴大視場范圍和對遙感目標的垂直飛行方向上進行掃描。它的性能直接影響到遙感器的成像質量，是空間光學遙感器的重要組成部分。盡管不同任務背景的遙感器對擺鏡機構的性能指標要求不同，但這些擺鏡機構有許多共同特點，如：低速、大慣量、體積重量小、低功耗、位置和速度精度高、可靠性高等等。要滿足這些苛刻的技術指標要求，擺鏡驅動裝置的設計就成為擺鏡機構乃至整個遙感器設計的關鍵技術之一。

目前國內外空間擺鏡驅動裝置主要有兩種：一是利用編碼器提供步進電機所需的位置反饋信號由步進電機經減速器減速后驅動擺鏡，比較典型的是法國SPOT-5衛星遙感系統中的指向鏡驅動控制模塊。二是有限轉角直流無刷力矩電機與角度、速度傳感器組成閉環控制系統實現對擺鏡的驅動，如國內資源一號衛星紅外多光譜掃描儀中的掃描鏡控制系統。這兩種驅動裝置各有優缺點，在國內外航天遙感系統中都得到了廣泛的應用。根據目前的文獻資料，這些驅動裝置中的電機、減速器和傳感器等元件均為單獨設計、制造和裝調，難于實現體積小、重量輕、精度高和可靠性高的技術要求。另外在機器人領域模塊化關節設計方面的文獻較多，它們盡管能將電機、減速器和反饋元件集成為驅動單元，但它們卻難以滿足低速平穩運轉的需求，其位置和速度精度也達不到空間光學遙感器的技術要求。根據重慶大學唐鋒撰寫的碩士學位論文《高性能濾波驅動裝置的研究》，該校開發的高性能濾波驅動裝置可用于航天領域。該驅動裝置包括輸出聯軸器、濾波傳動機構、電機和角度傳感器四個部分。電機的運動經濾波傳動機構減速和濾波后傳遞給輸出聯軸器，輸出聯軸器的轉動由與其同軸聯接的角度傳感器反饋。該驅動裝置集成了永磁無刷直流電機、速比為160的濾波減速器和數字霍爾傳感器，具有較高的集成度和輸出轉矩，但該型減速器速比較低、傳動精度方面的研究尚不成熟、且未見工程應用方面的報道，故難以滿足航天型號任務的研制要求。

發明內容

本發明的目的是為克服目前用于空間光學遙感器中的擺鏡驅動裝置存在的上述缺陷，提供一種控制精度高、可靠性高、結構緊湊的高集成度的空間擺鏡驅動裝置。

本發明高集成度的空間擺鏡驅動裝置，包括步進電機，由剛輪、與剛輪內齒相嚙合的柔輪、設置在柔輪內驅動柔輪的波發生器、與柔輪相嚙合的輸出剛輪、與輸出剛輪固定連接的輸出軸構成的諧波減速機構，由粘貼在碼盤座上的碼盤、設置在狹縫座上的狹縫、接收板和發光板構成的光電軸角編碼器；

所述的波發生器，包括套置在所述柔輪內側壁上的抗彎環、與所述步進電機的輸出軸驅動連接的內環、通過保持器設置在抗彎環與內環之間的4個滾子；

所述的諧波減速機構和光電軸角編碼器按如下方式封裝在一由箱體、左箱蓋和右箱蓋組成的密閉腔體中：所述的剛輪通過左箱蓋固設在箱體內左端箱壁上，所述的與輸出剛輪固定連接的輸出軸通過交叉滾子軸承架設在箱體中部的內肩壁上；

所述的發光板通過墊板和螺釘固設在箱體中部內肩壁的右側面上，所述的碼盤座固設在與輸出剛輪固定連接的輸出軸的軸肩上，所述的狹縫座固連在箱體上，所述的接收板固設在狹縫座的右側面上。

本發明空間擺鏡驅動裝置的工作原理是：步進電機帶動由內環、滾子、保持器和抗彎環所組成的波發生器轉動，實現第一級減速，并迫使柔輪按四滾子波發生器的運動規律產生連續的彈性變形。又柔輪的齒數較剛輪齒數少2個，且在長軸兩端的齒與剛輪的齒完全嚙合，在短軸兩端的齒與剛輪的齒完全脫開。因此在剛輪固定柔輪轉動的情況下，在波發生器轉一轉時，柔輪將相對剛輪轉過兩個齒所對應的角度，以實現第二級減速。碼盤隨輸出軸一起轉動時，碼盤相對狹縫產生運動，接收板上的光電接收器件接收到發光板發出的光通量就被調制，通過光電轉換形成有一定變化規律的信號，經處理后即可得到輸出軸的實時角位置。

交叉滾子軸承具有一個軸承即可承受徑向負荷，軸向負荷及力矩負荷等所有方向的負荷，并在內、外圈具有較小尺寸時能獲得高剛度、高精度等特殊功能。借助于這種軸承實現了由輸出剛輪、單個交叉滾子軸承和輸出軸組成的獨特軸系，這種新型軸系較傳統軸系不僅減少了零部件數量(減少一個軸承及相應的安裝零件)而且還簡化了軸系結構、縮短了軸系的長度，提高了軸系精度。此外由于光電軸角編碼器和諧波減速機構共用一個軸系和殼體，省去了傳統擺鏡驅動裝置中的聯軸器、光電軸角編碼器外殼、軸系等零部件，僅保留了碼盤、狹縫、發光板和接收板等關鍵元器件，從而大幅度減少了整機體積和重量。