[發明專利]一種大行程高精度智能撓性作動器

有效

• 申請號: 201810462080.0
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108599524B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 湯亮;關新;王有懿;張科備;郝仁劍
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H02K41/035
• 分類號: H02K41/035
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種大行程高精度智能撓性作動器，包括：柔性鉸鏈限位筒(1)、柔性鉸鏈(2)、支桿(3)、位移傳感器被測面(4)、位移傳感器(5)、限位塊(6)、頂蓋(7)、膜簧組合層(8)、動子安裝蓋(9)、音圈電機(10)、外筒(11)、底蓋(12)，其中音圈電機(10)包括音圈電機動子(13)和音圈電機定子(14)。安裝完成后，通過采用大量程高精度電渦流位移傳感器(5)的測量反饋和大行程快響應音圈電機(10)的控制輸出，實現智能撓性作動器的振動隔離、擾振抑制和精確指向調節。本發明的智能撓性作動器結構簡單，行程大，精度高，可廣泛的應用于航天器超高精度、超高穩定度、超敏捷控制領域。

技術領域

本發明屬于航天器控制領域，涉及一種撓性作動器。

背景技術

近年來，隨著極高分辨率對地觀測、空間運動目標高平穩跟蹤與高分辨率成像等一系列未來任務需求的提出，對衛星控制系統的精度、穩定度提出了極高的要求。

受限于傳統姿態敏感器(星敏、陀螺)等測量精度和測量帶寬限制，傳統意義上的低帶寬姿態控制系統無法在寬頻域內對各種擾動力矩的影響實現有效抑制，僅基于衛星姿態控制來實現有效載荷的精穩指向控制的技術方案在現有技術條件下已經難以滿足甚高精度指向和穩定控制要求；因此，提出了在載荷和星體安裝主動平臺的設計方案，通過主動平臺中作動器的的振動隔離、擾振抑制和精確指向實現載荷的高性能指標。

然而目前采用的作動器一般只安裝振動傳感器(如力傳感器、加速度傳感器)，因而只具有主動隔振功能，而不具備精確指向調節功能。并且在作動器連接處采用傳統的普通鉸鏈(如球鉸和虎克鉸)，由于摩擦和間隙的存在，限制了作動器的控制輸出精度。并且隨著衛星載荷的不斷增大、敏捷機動與快速穩定性能的不斷提高，目前的小行程主動隔振作動器已無法滿足應用需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種大行程高精度智能撓性作動器，采用大行程快響應音圈電機作動器、大量程高精度渦流傳感器、柔性部件(膜簧和柔性鉸鏈)，實現了智能撓性作動器的大行程高精度控制輸出，同時實現了載荷的振動隔離、擾振抑制和精確指向，有效解決了衛星的超高精度、超高穩定度、超敏捷控制問題。

本發明所采用的技術方案是：一種大行程高精度智能撓性作動器，包括：柔性鉸鏈、支桿、位移傳感器被測面、位移傳感器、限位塊、頂蓋、膜簧組合層、動子安裝蓋、音圈電機、外筒、底蓋；音圈電機兩端分別安裝動子安裝蓋、底蓋，膜簧組合層安裝在動子安裝蓋和限位塊之間，動子安裝蓋與限位塊連接并將膜簧組合層內圈壓緊在動子安裝蓋和限位塊之間；限位塊穿過頂蓋中部并安裝在支桿一端，支桿另一端與柔性鉸鏈連接；頂蓋安裝在外筒一端端口，并將膜簧組合層外圈壓緊在頂蓋和外筒端口之間，底蓋安裝在外筒另一端；位移傳感器被測面穿過支桿，并固定在支桿與限位塊相連的一端，位移傳感器固定于頂蓋上，位移傳感器被測面與位移傳感器間存在間隙；位移傳感器測量位移傳感器被測面的運動。

所述音圈電機包括音圈電機動子和音圈電機定子；音圈電機動子與動子安裝蓋相連，音圈電機定子通過螺釘固連于底蓋上。

所述動子安裝蓋通過穿過中心螺孔的螺釘與限位塊連接，

還包括柔性鉸鏈限位筒，所述的柔性鉸鏈外部安裝柔性鉸鏈限位筒，柔性鉸鏈未與支桿連接的一端通過內螺紋與外部結構相連并壓緊柔性鉸鏈限位筒。

所述的膜簧組合層包括兩片相同的膜簧、阻尼材料，阻尼材料夾在兩片膜簧之間，膜簧的材料為鈹青銅。

所述的音圈電機的工作行程為±6mm，最大輸出力為450N，力輸出精度為0.02N。

所述的位移傳感器為電渦流位移傳感器，測量范圍為±5mm，分辨率為0.3μm。

所述的位移傳感器被測面直徑為位移傳感器探頭直徑的三倍以上，位移傳感器被測面的材料為鋁合金。

所述柔性鉸鏈材料為鈦合金。