[發明專利]一種剛柔耦合高精度旋轉平臺及其控制方法

有效

• 申請號: 201911235952.0
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN111324152B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 楊志軍;黃建彬;危宇泰;高忠義;黃觀新;白有盾
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;H02P29/00;H02K7/14
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 余勝茂

本發明公開了一種新型的剛柔耦合高精度旋轉平臺及其控制方法，包括機座、剛性軸承、軸承套筒、核心旋轉平臺、旋轉驅動器和編碼器；軸承套筒固定在所述機座上；剛性軸承與核心旋轉平臺之間可旋轉傳動連接；剛性軸承通過軸承套筒與所述機座連接；核心旋轉平臺的上表面設有若干組柔性鉸鏈；當旋轉驅動器對核心旋轉平臺施加使其旋轉的驅動力時，驅動力使柔性鉸鏈環發生彈性變形。本發明采用柔性鉸鏈且將柔性鉸鏈設置于核心旋轉平臺的上表面上，無需拆卸下整個旋轉平臺即可對相應組的柔性鉸鏈進行更換，不會破壞其它組的柔性鉸鏈的裝配關系,并且可以通過夾具改變柔性鉸鏈有效變形長度來改柔性鉸鏈剛度，實現剛度的調節。

技術領域

本發明涉及一種旋轉平臺，尤其是指一種剛柔耦合高精度旋轉平臺及其控制方法。

背景技術

旋轉平臺在現代工業領域中被廣泛使用。旋轉平臺中運動副之間表面粗糙度的不確定變化會導致摩擦阻力的幅值不確定變化。而在旋轉平臺的啟動、停止和微旋轉過程中，旋轉平臺的速度相對較低，上述摩擦阻力的幅值波動容易導致旋轉平臺出現“爬行”現象。在閉環控制系統作用下，驅動器將會通過增大驅動力的方式來克服摩擦阻力，補償旋轉平臺定位誤差。在上述補償過程中，旋轉平臺將經歷頻繁的“靜止→運動”狀態切換。在“靜止→運動”過程中，運動副之間的摩擦阻力會經歷“靜摩擦力→動摩擦力”的狀態切換，而靜摩擦系數與動摩擦系數之間的差異會導致上述狀態切換瞬間的加速度突變，造成旋轉平臺在最終定位位置附近的“抖動”，影響定位精度。

如何降低在啟動、停止和微旋轉過程中由于摩擦狀態切換造成的定位誤差影響是影響旋轉平臺執行精度的重要問題。針對上述問題，目前存在如下解決方案：

1.建立精確的摩擦力模型，用于旋轉控制驅動力補償。

2.采用無摩擦或低摩擦的運動副設計，例如采用氣浮軸承、磁懸浮軸承或柔性鉸鏈等結構設計。

由于運動副之間的接觸面微觀特性差異與制造誤差等因素，很難建立高度精確的摩擦力模型，導致旋轉控制系統中需要采用復雜的補償控制方法。

氣浮軸承或磁懸浮軸承等低摩擦運動副的實施成本較高，限制了其使用范圍。柔性鉸鏈作為一種無外摩擦運動副，依靠彈性變形來實現連續高精度的旋轉。柔性鉸鏈往往與有摩擦運動副配合使用，通過對旋轉進行補償來實現高精度的旋轉。

專利號為CN?201911009965.6?公開了一種剛柔耦合旋轉平臺及其控制方法。所提出的剛柔耦合旋轉平臺依靠內部的復合式柔性鉸鏈環的彈性變形對旋轉進行補償，同時借助兩組編碼器進行雙反饋控制，從而降低在啟動、停止和微旋轉過程中由于摩擦狀態切換造成的定位誤差影響，相比傳統旋轉平臺，有效地提高了旋轉平臺的定位精度，但是，該技術方案存在以下缺點：（1）復合式柔性鉸鏈環結構較復雜，主體環至少要求五軸機床加工，加工成本高；（2）由于復合式柔性鉸鏈環被設置在旋轉平臺的內部，當需要更換柔性鉸鏈時，需要將整個旋轉平臺拆卸下來才能對復合式柔性鉸鏈環進行更換，更換麻煩，耗時多；（3）當需要調節復合式柔性鉸鏈環的不同剛度時，需要準備很多組不同厚度的柔性鉸鏈片；（4）采用的零件多，眾多零件的加工和裝配精度要求高，導致加工成本高和裝配難度大，極大地影響了生產的效率。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供剛柔耦合高精度旋轉平臺及其控制方法。本旋轉平臺的柔性鉸鏈采用外置組合式結構，巧妙地將柔性鉸鏈與核心旋轉臺設計為一體，在裝配時無需對柔性鉸鏈再進行裝配，減少了其裝配零件的數量并降低了其裝配難度系數。

本發明的目的可采用以下技術方案來達到：