[發(fā)明專利]一種機(jī)械式納米級(jí)高精度直線驅(qū)動(dòng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810941112.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN109027161B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康少英;武永見;張麗;孫欣;王蕓;高揚(yáng);竇蓮英;崔世程;魏然;邸晶晶;范龍飛;楊大偉;吳俊;程少園;孫世君;孫德偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間機(jī)電研究所
• 主分類號(hào): F16H25/20
• 分類號(hào): F16H25/20;F16H25/24;H02K37/24
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種機(jī)械式納米級(jí)高精度直線驅(qū)動(dòng)裝置，包括減速步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)形式轉(zhuǎn)換組件和傳感器組件。步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力輸入，傳動(dòng)形式轉(zhuǎn)換組件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，直線差分式傳感器組件的傳感器實(shí)時(shí)采集直線驅(qū)動(dòng)器的輸出位移信息構(gòu)建閉環(huán)位置檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)納米級(jí)高精度直線運(yùn)動(dòng)控制。裝置中設(shè)有運(yùn)動(dòng)副預(yù)壓消間隙措施，有效消除配合間隙以及運(yùn)動(dòng)磨損，確保高重復(fù)精度。裝置中設(shè)計(jì)有柔性環(huán)節(jié)，提供直線輸出的軸向預(yù)載，保證輸出精度和穩(wěn)定性。本發(fā)明相比傳統(tǒng)直線驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單緊湊，具有高精度、高穩(wěn)定性及高空間環(huán)境適應(yīng)性的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密機(jī)械工程領(lǐng)域，涉及一種直線驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)

空間光學(xué)遙感器在軌工作過程中，由于重力、溫度以及材料性質(zhì)變化等原因，光學(xué)系統(tǒng)往往會(huì)產(chǎn)生離焦，特別是對(duì)于焦距較長(zhǎng)的相機(jī)離焦現(xiàn)象更為明顯，因此往往需要配備調(diào)焦機(jī)構(gòu)補(bǔ)償離焦。直線驅(qū)動(dòng)裝置作為調(diào)焦機(jī)構(gòu)中的重要驅(qū)動(dòng)部件，將電機(jī)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為被調(diào)焦組件沿光軸方向的直線運(yùn)動(dòng)，其精度和穩(wěn)定性影響調(diào)焦的準(zhǔn)確性，成為調(diào)焦成功與否的關(guān)鍵。目前調(diào)焦方案中所采用的直線驅(qū)動(dòng)裝置主要有兩種，絲杠螺母調(diào)焦和凸輪調(diào)焦。凸輪調(diào)焦方式精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但體積大，對(duì)凸輪曲線的加工要求較高。絲杠螺母調(diào)焦方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但運(yùn)動(dòng)副之間存在間隙，導(dǎo)致存在回程誤差，重復(fù)性差；且隨著工作時(shí)間增長(zhǎng)，間隙變大，會(huì)導(dǎo)致精度下降；絲杠軸向輸出端相對(duì)輸入端易有徑向擾動(dòng)，影響輸出的穩(wěn)定性。因此現(xiàn)有的直線致動(dòng)調(diào)焦裝置無論是在結(jié)構(gòu)的體積和加工難度上，還是其性能的穩(wěn)定性和精度上，都有待技術(shù)的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種機(jī)械式納米級(jí)高精度直線驅(qū)動(dòng)裝置，采用螺桿螺母調(diào)焦方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于加工和裝配，可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)傳動(dòng)精度，提高輸出軸的穩(wěn)定性，并可解決真空環(huán)境應(yīng)用時(shí)可能存在的在軌冷焊問題，適應(yīng)空間在軌環(huán)境，有效提高了空間光學(xué)遙感器調(diào)焦的精度和可靠性，確保在軌圖像質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種機(jī)械式納米級(jí)高精度直線驅(qū)動(dòng)裝置，包括減速步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)形式轉(zhuǎn)換組件、傳感器組件；傳動(dòng)形式轉(zhuǎn)換組件包括切口螺母、傳動(dòng)軸、預(yù)緊件、柔性限位機(jī)構(gòu)、直線傳動(dòng)箱體、直線傳動(dòng)箱端蓋、輸出轉(zhuǎn)接螺母和直線輸出保持架；切口螺母套在減速步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上且端部與減速步進(jìn)電機(jī)端部固定連接；傳動(dòng)軸安裝在切口螺母內(nèi)，一端與減速步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，另一端安裝輸出轉(zhuǎn)接螺母，傳動(dòng)軸上設(shè)有軸肩，柔性限位機(jī)構(gòu)安裝在軸肩上并通過輸出轉(zhuǎn)接螺母壓緊；預(yù)緊件安裝在切口螺母上，用于消除切口螺母與傳動(dòng)軸之間的間隙；直線傳動(dòng)箱體一端連接減速步進(jìn)電機(jī)，另一端安裝直線傳動(dòng)箱端蓋，直線輸出保持架安裝在直線傳動(dòng)箱端蓋未與直線傳動(dòng)箱體連接的一側(cè)，輸出轉(zhuǎn)接螺母從直線傳動(dòng)箱端蓋、直線輸出保持架中部伸出，柔性限位機(jī)構(gòu)與直線轉(zhuǎn)動(dòng)箱體內(nèi)壁相配合，用于限制傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；傳感器組件連接直線輸出保持架，傳感器組件與輸出轉(zhuǎn)接螺母相配合，實(shí)時(shí)測(cè)量所述直線驅(qū)動(dòng)裝置輸出的位移量。

所述傳感器組件包括傳感器保持架、傳感器輸入軸、傳感器、傳感器端蓋和傳感器輸出軸；傳感器保持架安裝在直線輸出保持架上，傳感器安裝在傳感器保持架內(nèi)并通過傳感器端蓋壓緊，傳感器輸入軸和傳感器輸出軸分別連接傳感器的兩端，傳感器輸入軸未與傳感器連接的一端與輸出轉(zhuǎn)接螺母相連。

所述傳感器保持架包括支撐部分和固定部分，固定部分為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝傳感器，固定部分通過圓筒結(jié)構(gòu)端部的法蘭盤與支撐部分連接；支撐部分包括三個(gè)圓柱，沿圓環(huán)形的直線輸出保持架周向均勻分布，安裝在直線輸出保持架上。

所述傳感器為直線差分式傳感器。

所述減速步進(jìn)電機(jī)為行星齒輪減速步進(jìn)電機(jī)。

所述預(yù)緊件為切口螺母預(yù)緊環(huán)或具有彈性收緊功能的彈簧，切口螺母預(yù)緊環(huán)為帶有切口的環(huán)形結(jié)構(gòu)。

柔性限位機(jī)構(gòu)采用柔性盤，所述柔性盤為一體化結(jié)構(gòu)，包括三片支撐片，三片支撐片一端相互連接，三片支撐片之間夾角均為120°，三片支撐片另一端均有凸起結(jié)構(gòu)；柔性盤中心處開有通孔。