[發明專利]一種二維指向機構用高精密周向分度裝置

在審

• 申請號: 201810519049.6
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108413924A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 何見停;李季強;劉世軍;李志勝
• 申請（專利權）人: 鄭州機械研究所有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01B11/26
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

一種二維指向機構用高精密周向分度裝置，它包括蝸桿主驅動機構和蝸輪旋轉角度定位機構兩部分；所述蝸桿主驅動機構包括由自消隙組合蝸桿、安裝在自消隙組合蝸桿兩端的方位軸系驅動電機、方位軸系角度傳感器共同組成的閉環驅動控制軸系；所述蝸輪旋轉角度定位機構則由蝸輪、徑推組合軸承與旋轉指向機構組成，其中所述蝸輪與旋轉指向機構固連，通過徑推組合軸承支撐于底座，其特征在于：所述的自消隙組合蝸桿包括固定蝸桿、通過限位螺母、彈簧、連接鍵、調整墊片安裝在固定蝸桿光軸端的活動蝸桿。

技術領域

本發明涉及一種二維指向機構用高精密周向分度裝置，是光學儀器、伺服控制中經常用到的一種精密分度機構，廣泛應用于探月、深空探測儀器與太陽能帆板的精確指向，以及國防武器瞄準系統的精確定位。

背景技術

指向機構是深空探測中太陽能帆板、光學探測裝置、信號傳送裝置等深空探測設備中重要的回轉機構，關系到整個探測器的安全可靠運行。其中，大減速比少無回差蝸輪蝸桿副是指向機構中常用的周向精密回轉裝置，以往多采用雙導程結構設計，但在火星探測任務中，由于工作環境溫差大（-130℃~70℃）、定位指向要求更高，已很難滿足任務需求，需進一步開發適應不同工況，具有回轉側隙自調整功能的新型周向精密分度裝置。

發明內容

本發明的目的正是為了滿足深空探測探測任務的需要，而開發的一種具有自消隙功能蝸輪蝸桿副精密回轉定位裝置。

本發明的目的可通過以下技術措施來實現：

本發明的二維指向機構用高精密周向分度裝置包括蝸桿主驅動機構和蝸輪旋轉角度定位機構兩部分；所述蝸桿主驅動機構包括由自消隙組合蝸桿、安裝在自消隙組合蝸桿兩端的方位軸系驅動電機、方位軸系角度傳感器共同組成的閉環驅動控制軸系；所述蝸輪旋轉角度定位機構則由蝸輪、徑推組合軸承與旋轉指向機構組成，其中所述蝸輪與旋轉指向機構固連，通過徑推組合軸承支撐于底座；所述的自消隙組合蝸桿包括固定蝸桿、通過限位螺母、彈簧、連接鍵、調整墊片安裝在固定蝸桿光軸端的活動蝸桿。

本發明中所述蝸桿主驅動機構和蝸輪旋轉角度定位機構兩部分的蝸輪蝸桿副形成雙側無間隙空間共軛嚙合關系，從而組成傳動比80:1（大速比）周向精密回轉分度裝置。

進一步說，自消隙組合蝸桿與蝸輪接觸面組成空間共軛嚙合副，形成方位軸系驅動電機驅動——自消隙組合蝸桿蝸輪副大速比（傳動比80:1）降速——旋轉指向機構精密分度的傳動形式；同時，方位軸系角度傳感器形成測量反饋單元，與方位軸系驅動電機共同組成閉環控制系統，可從機械結構和控制系統兩個方面，實現二維指向機構的周向旋轉精確定位。

所述的自消隙組合蝸桿由螺母、彈簧、活動蝸桿、調整墊片與固定蝸桿組成，蝸輪蝸桿副由于設計、制造、裝配、溫差所形成的變量側隙，可通過螺母的調控，促使彈簧和調整墊片產生相應的變形，形成活動蝸桿相對于固定蝸桿匹配于側隙量的軸向微量運動，消除反向運動中由于側隙所形成的回差，實現旋轉指向傳動機構的精密化。

在控制系統設計上，位于自消隙組合蝸桿兩端的方位軸系驅動電機和方位軸系角度傳感器組成閉環控制系統，工作過程中，方位軸系角度傳感器作為控制系統中的測量反饋單元，不斷將蝸輪蝸桿副的實際旋轉角度反饋給控制器，控制器通過設定值與實際值的實時比較處理，對方位軸系驅動電機不斷發出修正指令，實現旋轉指向電控系統的精密化。

機械系統上蝸輪蝸桿副的正反轉自消隙設計和控制系統上測量反饋處理單元的實時修正調整，共同實現了指向機構的高精密周向分度。

本發明的有益效果如下：

由于本發明在機械結構上采用的雙段蝸桿預緊組合蝸桿結構設計，控制系統上也形成了閉環控制，可有效避免制造裝配誤差對變向運動過程中回差的影響，在功能設計上，多工況適應火星探測環境溫度變化大的任務需求，為我國火星探測及更高層次上的深空探測提供一種合適的高精密周向分度裝置。

附圖說明