專利名稱：模塊化六自由度主動隔振平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔振平臺，更特別地說，是指一種釆用模塊拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具有 大承載能力的六自由度主動隔振平臺。
背景技術(shù)：
對光學(xué)精密儀器設(shè)備的隔振致穩(wěn)控制平臺的要求突出體現(xiàn)在大承載力、寬頻率范 圍以及髙精度。在寬頻大載荷作用下往往要求平臺的振動幅值控制在微米量級。由于 隔振致穩(wěn)控制平臺的工作環(huán)境一般比較復(fù)雜，存在著難以預(yù)估的振源，由此導(dǎo)致的振 動、特別是微幅振動難以用通常的辦法解決。要使隔振致穩(wěn)控制平臺滿足寬頻范圍內(nèi) 的高精度隔振致穩(wěn)要求，必須引入振動控制措施，包括被動與主動控制措施。在大承 載力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對平臺寬頻范圍的振動控制是對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方法的嚴(yán)峻 挑戰(zhàn)。
目前用到的智能型材料有形狀記憶材料、壓電材料、超磁致伸縮材料、電磁流 變變流體等，對于高精度微幅隔振和自適應(yīng)結(jié)構(gòu)來說，形狀記憶材料響應(yīng)速度慢，壓 電材料驅(qū)動動作小，而且工作電壓高、安全性較差，變流體穩(wěn)定性不夠且機(jī)械響應(yīng)較 差。磁致伸縮材料在磁場作用下會沿磁化方向產(chǎn)生伸縮變化，并且在正負(fù)磁場下都會 隨磁場的增減而伸長或縮短，在低磁場下具有良好的線性段。在主動振動控制領(lǐng)域， 磁致伸縮材料具有廣泛的應(yīng)用前景。與常用的壓電材料和形狀記憶合金相比，磁致伸 縮材料應(yīng)變大，承載能力強(qiáng)，驅(qū)動電壓低，不存在時(shí)效引起的性能老化現(xiàn)象，溫度超 過居里點(diǎn)仍可以恢復(fù)使用。
大載荷隔振制穩(wěn)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)在于它的主、被動隔振方法和承力方 案。臺面為矩形的大載荷平臺一般采用具有兩個(gè)對稱軸的N桿支撐方案，而不采用 具有三個(gè)對稱軸的六桿支撐方案。分析其原因主要有兩個(gè)， 一是矩形臺面有兩個(gè)對稱 軸；而六桿支撐的平臺的幾何形狀一般有三個(gè)對稱軸。二是六桿支撐的平臺(Stewart 平臺)其主動元件(作動器)同時(shí)起平臺支撐桿件的作用，然而不是所有類型的作動 器都能被設(shè)計(jì)成在完成主動振動控制功能的同時(shí)作為結(jié)構(gòu)的承力構(gòu)件，特別是對大載 荷平臺，這一問題尤為突出。有些作動器，比如常見的液壓作動器，雖然可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 這兩個(gè)功能，伹其結(jié)構(gòu)可能比主、被動元件并聯(lián)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
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發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模塊化六自由度主動隔振平臺，該主動隔振平臺采用模 塊拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且每個(gè)模塊自身又可以看作是一個(gè)獨(dú)立的隔振制穩(wěn)裝置，可以實(shí) 現(xiàn)垂直和水平方向的主被動結(jié)合的振動控制，同時(shí)在模塊中設(shè)計(jì)了考慮承載的被動支 撐組件，大大提高模塊的承載能力。將四個(gè)模塊單元按一定方式組合起來，可以實(shí)現(xiàn) 整體平臺空間六個(gè)自由度方向的主動振動控制。組合而成的整體平臺的特性完全取決
于單元模塊的特性。每個(gè)模塊在微幅低頻環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)承受27倍于自身重量約 500千克載荷的兩自由度方向主動振動控制。整體隔振平臺可以實(shí)現(xiàn)承受2000千克 載荷的六自由度方向主動振動控制。
本發(fā)明是一種模塊化六自由度主動隔振平臺，其特征在于由四個(gè)二自由度主動 隔振模塊、 一個(gè)載物臺(9)和一個(gè)基座(10)構(gòu)成，所述四個(gè)二自由度主動隔振模 塊是指結(jié)構(gòu)相同的A二自由度主動隔振模塊(14)、 B二自由度主動隔振禾莫塊(15)、 C二自由度主動隔振模塊(16)和D二自由度主動隔振模塊(17);四個(gè)二自由度 主動隔振模塊的下連接板分別安裝在基座(10)的四個(gè)角上，四個(gè)二自由度主動隔 振模塊的L形連接板與載物臺(9)連接；
B二自由度主動隔振模塊(15)由殼體、A被動支撐組件(3)、 B被動支撐組件(4)、 C被動支撐組件(5)、 D被動支撐組件(6)、垂直作動器(1)、水平作動器(2)、 A加速度傳感器(lb)、 B加速度傳感器(2b)組成；A被動末撐組件(3)、 B被動 支撐組件(4)、 C被動支撐組件(5)和D被動支撐組件(6)結(jié)構(gòu)相同；
売體由L形連接板(7)、下連接板(8)、 A側(cè)板(11)、 B側(cè)板(12)和C側(cè) 板(13)組成，A側(cè)板(11)、 B側(cè)板(12)和C側(cè)板(13)順次安裝在下連接板 (8)上；L形連接板(7)的上板面(7a)上設(shè)有A通孔(701)、 B通孔(702)、 C通孔(703)、 D通孔(704)、 A沉頭孔(705), A通孔(701)內(nèi)放置有A被動 支撐組件(3)的連接環(huán)，B通孔(702)內(nèi)放置有B被動支撐組件(4)的連接環(huán)， C通孔(703)內(nèi)放置有C被動支撐組件(5)的連接環(huán)，D通孔(704)內(nèi)放置有 D被動支撐組件(6)的連接環(huán)，A沉頭孔(705)內(nèi)放置有垂直作動器(1)的A 鉸鏈(102); L形連接板(7)的上板面(7a)的底部安裝有A加速度傳感器(lb); L形連接板(7)的側(cè)板面(7b)上設(shè)有B沉頭孔(706)、 A凹槽(707), B沉頭
孔(706)內(nèi)放置有水平作動器(2)的C鉸鏈(203)， A凹槽(707)內(nèi)安裝有B 加速度傳感器(2b);下連接板(8)上設(shè)有E通孔(801)、 F通孔(802)、 G通 孔(803)、 H通孔(804)、 I通孔(805)、 A螺紋孔(806), E通孔(801)內(nèi)放 置有A被動支撐組件(3)的夾緊環(huán)，F(xiàn)通孔(802)內(nèi)放置有B被動支撐組件(4) 的夾緊環(huán)，G通孔(803)內(nèi)放置有C被動支撐組件(5)的夾緊環(huán)，H通孔(804) 內(nèi)放置有D被動支撐組件(6)的夾緊環(huán)，I通孔(805)內(nèi)放置有垂直作動器(1) 的夾緊環(huán)，A螺紋孔(806)用于與螺釘?shù)呐浜鲜顾阶鲃悠?2)的支座安裝在下 連接板(8)上；下連接板(8)的中間安裝有水平作動器(2)， A被動支撐組件(3) 與D被動支撐組件(6)安裝在下連接板(8)的一側(cè)，B被動支撐組件(4)與C 被動支撐組件(5)安裝在下連接板(8)的另一側(cè)，垂直作動器(1)安裝在C被動 支撐組件(5)與D被動支撐組件(6)之間；
垂直作動器(1)由A磁致伸縮作動器(101)、 A鉸鏈(102)、 B鉸鏈(103)、 E夾緊環(huán)(104)和連接桿(105)組成；A鉸鏈(102)的連接端(102a)從L形 連接板(7)的A沉頭孔(705)伸出，A鉸鏈(102)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋 孔內(nèi)安裝有A磁致伸縮作動器(101)的伸縮桿(101a); A磁致伸縮作動器(101) 的底部設(shè)有螺紋孔,該螺紋孔內(nèi)安裝有B鉸鏈(103)的連接端(103a);B鉸鏈(103) 的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有連接桿(105)的連接端(105a);連接桿(105) 安裝在E夾緊環(huán)(104)的J通孔(104a)內(nèi)，E夾緊環(huán)(104)安裝在下連接板 (8)的I通孔(805)內(nèi)；A鉸鏈(102)由鉸鏈體(102b)和橡膠圈(102c)構(gòu) 成，橡膠圈(102c)是將丁晴橡膠澆注在鉸鏈體(102b)的變形段上形成；
水平作動器(2)由B磁致伸縮作動器(201)、 C鉸鏈(203)、支座(202) 組成，C鉸鏈(203)的連接端(203a)從L形連接板(7)的B沉頭孔(706)伸 出，C鉸鏈(203)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有B磁致伸縮作動器(201) 的伸縮桿(201a)， B磁致伸縮作動器(201)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與螺釘 的配合將B磁致伸縮作動器(201)的底部安裝在支座(202)的C沉頭孔(202a) 中，支座(202)安裝在下連接板(8)上，通過螺釘與A螺紋孔(806)的配合使 支座(202)固定在下連接板(8)上； A被動支撐組件(3)由阻尼支撐(301)、螺旋彈簧(302)和A夾緊環(huán)(303) 組成，螺旋彈簧(302)套接在阻尼支撐(301)上，阻尼支撐(301)的A法蘭盤
(301b)安裝在L形連接板(7)的A通孔(701)內(nèi)，阻尼支撐(301)的下端安 裝在A夾緊環(huán)(303)的K通孔(303a)內(nèi)，A夾緊環(huán)(303)安裝在下連接板(8) 的E通孔(801)內(nèi)；B被動支撐組件(4)、 C被動支撐組件(5)和D被動支撐組 件(6)與A被動支撐組件(3)結(jié)構(gòu)相同；B被動支撐組件(4)的B阻尼環(huán)安裝 在L形連接板(7)的B通孔(702)內(nèi)，B被動支撐組件(4)的B夾緊環(huán)安裝在 下連接板(8)的F通孔(802)內(nèi)；C被動支撐組件(5)的C阻尼環(huán)安裝在L形 連接板(7)的C通孔(703)內(nèi)，C被動支撐組件(5)的C夾緊環(huán)安裝在下連接 板(8)的G通孔(803)內(nèi)；D被動支撐組件(6)的D阻尼環(huán)安裝在L形連接板
(7)的D通孔(704)內(nèi)，D被動支撐組件(6)的D夾緊環(huán)安裝在下連接板(8) 的H通孔(804)內(nèi)；阻尼支撐(301)由支撐桿(301a)、 A法蘭盤(301b)和 橡膠環(huán)(301c)組成；首先將支撐桿(301a)的螺紋端插入A法蘭盤(301b)的 空腔(301d)內(nèi)，然后在空腔(301d)中澆注入丁晴橡膠形成橡膠環(huán)(301c)。
本發(fā)明模塊化六自由度主動隔振平臺的優(yōu)點(diǎn)(1)采用磁致伸縮材料的大載荷模 塊式六自由度平臺，具備低頻微幅大載荷下的致穩(wěn)能力，可在微米級振幅和低頻100 Hz之內(nèi)，針對2000 kg載荷質(zhì)量實(shí)現(xiàn)主動振動控制；(2)基于模塊拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思 想，即增加整體隔振平臺的承載能力，又使得模塊化設(shè)計(jì)簡單易行，大大簡化了主動 隔振平臺的設(shè)計(jì)，由于所用模塊單元結(jié)構(gòu)形式完全相同，因而組合后的整體工作平臺 的特性完全取決于單元模塊的特性，這樣以來，關(guān)于大載荷下主動隔振平臺的大部分 研究、測試和結(jié)構(gòu)改進(jìn)的工作可以基于模塊單元開展相應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。(3)主 動隔振平臺中四個(gè)二自由度主動隔振模塊中相鄰兩個(gè)的水平作動器輸出軸垂直，利用 A二自由度主動隔振模塊14、 B二自由度主動隔振模塊15、 C二自由度主動隔振模 塊16和D 二自由度主動隔振模塊17中垂直作動器和水平作動器的分別控制，完成 主動隔振平臺六自由度方向的振動控制；(4)由于在每個(gè)二自由度主動隔振禾莫塊種設(shè) 計(jì)了具有m^量級結(jié)構(gòu)動力特性的連接結(jié)構(gòu)A鉸鏈、B鉸鏈和C鉸鏈，使得每個(gè)二自 由度主動隔振禾莫塊中兩個(gè)作動器驅(qū)動方向的運(yùn)動是解耦的，利于主動控制算法的實(shí)現(xiàn)；
(5)基于大載荷設(shè)計(jì)要求的考慮，將二自由度主動隔振^莫塊設(shè)計(jì)成長方體，對稱軸線 上安裝有垂直作動器和水平作動器，主動隔振平臺的載物臺9設(shè)計(jì)為矩形，采用具有 兩個(gè)對稱軸的16桿支撐方案，該平臺結(jié)構(gòu)可以在各類光學(xué)精密儀器儀表的致穩(wěn)領(lǐng)域 及精密加工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，其減振效果最高可達(dá)98%。


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圖1是本發(fā)明模塊化六自由度主動隔振平臺的結(jié)構(gòu)圖。
圖1A是未裝配載物臺的模塊化六自由度主動隔振平臺的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的A 二自由度主動隔振單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是本發(fā)明A 二自由度主動隔振單元的売體爆炸示圖。
圖2B是未裝配L形連接板、側(cè)板的A 二自由度主動隔振單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明垂直作動器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明A鉸鏈的剖視圖。
圖3B是本發(fā)明垂直作動器的爆炸示圖。
圖4是本發(fā)明水平作動器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是本發(fā)明水平作動器的爆炸示圖。
圖5是本發(fā)明A被動支撐的結(jié)構(gòu)圖。
圖5A是本發(fā)明A被動支撐的爆炸示圖。
圖5B是阻尼支撐的爆炸示圖。
圖中 l.垂直作動器 la.垂直作動器輸出軸 lb.A加速度傳感器
IOI.A磁致伸縮作動器lOla.伸縮桿101b.引線孔102.A鉸鏈
隱.連接端102b.鉸鏈體102c.橡膠圈102d.變形點(diǎn)103.B鉸鏈
103a.連接端104.E夾緊環(huán)l(Ma.J通孔105.連接桿105a.連接端
2.水平作動器2a冰平作動織出軸2b.B加速度傳感器201.B磁致伸縮作動器201&.伸縮桿201b.引線孔202.支座
202a.C沉頭孔203.C鉸鏈203a.連接端3.A被動支撐組件
301.阻尼支撐301a,支撐桿301b,A法蘭盤301c橡膠環(huán)301d.空腔
302.螺旋彈簧303.A夾緊環(huán)303&.1(通孔4.B被動支撐組件
5.C被動支撐組件6.D被動支撐組件
7.L形連接板7a,上板面7b.側(cè)板面701.A通孔702.B通孔
703.C通孔704.D通孔705.A沉頭孔706.B沉頭孔707.A凹槽
8.下連接板801.E通孔802.F通孔803.G通孔804.H通孔
805.1通孔806.A螺紋孔9.載物臺10.基座lOa.安裝板面
ll.A側(cè)板 12.B側(cè)板 13.C側(cè)板
14. A二自由度主動隔振模塊14a,A水平作動器輸出方向14b,A垂直作動器輸出方向
15. B二自由度主動隔振模塊15a,B水平作動器輸出方向15b.B垂直作動器輸出方向
16. C二自由度主動隔振模塊16&(:水平作動器輸出方向16b.C垂直作動器輸出方向
17. D二自由度主動隔振模塊17^0水平作動器輸出方向17b.D垂直作動器輸出方向
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種采用模塊拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大載荷模塊式磁致伸縮主動振動控制平 臺，該平臺由四個(gè)模塊單元拼裝構(gòu)成一個(gè)具有六個(gè)自由度的主動振動控制平臺。每個(gè) 單元模塊自身又可以看作一個(gè)獨(dú)立的隔振制穩(wěn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)垂直和水平方向的主被 動結(jié)合的振動控制，同時(shí)在模塊中設(shè)計(jì)了考慮承載的被動支撐可調(diào)機(jī)構(gòu)，大大提高模 塊的承載能力。將四個(gè)模塊單元按一定方式組合(四個(gè)二自由度主動隔振模塊中相鄰 兩個(gè)的水平作動器輸出軸垂直)起來，可以實(shí)現(xiàn)整體平臺空間六個(gè)自由度方向的主動 振動控制。該二自由度主動隔振模塊的外形尺寸210mmX215mmXl90mm,重 量18.5千克，最大承載27倍于自身重量，可達(dá)500千克的載荷，在四個(gè)模塊時(shí)為 2000千克的載荷。經(jīng)減振測試(由激振器提供25nm振幅，20 100Hz頻率范圍 的簡諧振動)，本發(fā)明平臺減振效果在98%左右。
參見圖l、圖1A所示，本發(fā)明是一種采用模塊化設(shè)計(jì)的具有六自由度的主動隔 振平臺，該六自由度主動隔振平臺由四個(gè)二自由度主動隔振模塊、 一個(gè)載物臺9和 一個(gè)基座10構(gòu)成，所述四個(gè)二自由度主動隔振模塊是指結(jié)構(gòu)相同的A 二自由度主動 隔振模塊14、 B 二自由度主動隔振模塊15、 C 二自由度主動隔振模塊16和D 二自 由度主動隔振模塊17;四個(gè)二自由度主動隔振模塊的下連接板分別安裝在基座10 的四個(gè)角上，四個(gè)二自由度主動隔振模塊的L形連接板與載物臺9連接；四個(gè)二自 由度主動隔振模塊中相鄰兩個(gè)的水平作動器輸出軸垂直，即
A 二自由度主動隔振模塊14的A水平作動器輸出方向14a與B 二自由度主動 隔振模塊15的B水平作動器輸出方向15a保持垂直；
B 二自由度主動隔振t莫塊15的B水平作動器輸出方向15a與C 二自由度主動 隔振模塊16的C水平作動器輸出方向16a保持垂直；
C 二自由度主動隔振模塊16的C水平作動器輸出方向16a與D 二自由度主動 隔振模塊17的D水平作動器輸出方向17a保持垂直；
D 二自由度主動隔振模塊17的D水平作動器輸出方向17a與A 二自由度主動 隔振模塊14的A水平作動器輸出方向14a保持垂直。
參見圖2所示，B二自由度主動隔振模塊15由殼體、四個(gè)被動支撐組件(A被 動支撐組件3、 B被動支撐組件4、 C被動支撐組件5、 D被動支撐組件6)、垂直作 動器l、水平作動器2、 A加速度傳感器lb、 B加速度傳感器2b組成；
參見圖2A所示，殼體由L形連接板7、下連接板8、 A側(cè)板ll、 B側(cè)板12和 C側(cè)板13組成，A側(cè)板ll、 B側(cè)板12和C側(cè)板13順次安裝在下連接板8上；
L形連接板7的上板面7a上設(shè)有A通孔701、 B通孔702、 C通孔703、 D 通孔704、 A沉頭孔705, A通孔701內(nèi)放置有A被動支撐組件3的連接環(huán)，B通 孔702內(nèi)放置有B被動支撐組件4的連接環(huán)，C通孔703內(nèi)放置有C被動支撐組 件5的連接環(huán)，D通孔704內(nèi)放置有D被動支撐組件6的連接環(huán)，A沉頭孔705 內(nèi)放置有垂直作動器1的A鉸鏈102; L形連接板7的上板面7a的底部安裝有A 加速度傳感器lb,且A加速度傳感器lb的安裝位置靠近A沉頭孔705; L形連接 板7的側(cè)板面7b上設(shè)有B沉頭孔706、 A凹槽707, B沉頭孔706內(nèi)放置有水平 作動器2的C鉸鏈203， A凹槽707內(nèi)安裝有B加速度傳感器2b;
下連接板8上設(shè)有E通孔801、 F通孔802、 G通孔803、 H通孔804、 I通 孔805、 A螺紋孔806， E通孔801內(nèi)放置有A被動支撐組件3的夾緊環(huán)，F(xiàn)通孔 802內(nèi)放置有B被動支撐組件4的夾緊環(huán)，G通孔803內(nèi)放置有C被動支撐組件5 的夾緊環(huán)，H通孔804內(nèi)放置有D被動支撐組件6的夾緊環(huán)，I通孔805內(nèi)放置有 垂直作動器1的夾緊環(huán)，A螺紋孔806用于與螺釘?shù)呐浜鲜顾阶鲃悠?的支座安 裝在下連接板8上。
參見圖2B所示，下連接板8的中間安裝有水平作動器2， A被動支撐組件3與 D被動支撐組件6安裝在下連接板8的一側(cè)，B被動支撐組件4與C被動支撐組件 5安裝在下連接板8的另一側(cè)，垂直作動器1安裝在C被動支撐組件5與D被動支 撐組件6之間。四個(gè)被動支撐組件是指結(jié)構(gòu)相同的A被動支撐組件3、 B被動支撐 組件4、 C被動支撐組件5、 D被動支撐組件6。參見圖3、圖3B所示，垂直作動器1:垂直作動器1由A磁致伸縮作動器101、 A鉸鏈102、 B鉸鏈103、 E夾緊環(huán)104和連接桿105組成；A鉸鏈102的連接 端102a從L形連接板7的A沉頭孔705伸出，A鉸鏈102的底部設(shè)有螺紋孔，該 螺紋孔內(nèi)安裝有A磁致伸縮作動器101的伸縮桿101a; A磁致伸縮作動器101的 底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有B鉸鏈103的連接端103a; B鉸鏈103的底 部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有連接桿105的連接端105a;連接桿105安裝在 E夾緊環(huán)104的J通孔104a內(nèi)，E夾緊環(huán)104安裝在下連接板8的I通孔805內(nèi)。 垂直作動器1在加載交變電流時(shí)，A磁致伸縮作動器101的伸縮桿lOla上下運(yùn)動， 帶動A鉸鏈102運(yùn)動，從而使與L形連接板7連接的載物臺9達(dá)到在垂直方向上的 振動控制。
參見圖3A所示,A鉸鏈102由鉸鏈體102b和橡膠圈102c構(gòu)成，橡膠圈102c 是澆注在鉸鏈體102b的變形段上形成，即將丁晴橡膠(型號40)澆注在鉸鏈體102b 的變形段上，使橡膠圈102c與A鉸鏈102形成整體件。鉸鏈體102b為金屬材料。 在A磁致伸縮作動器101的驅(qū)動下，A鉸鏈102在變形點(diǎn)102d處發(fā)生彈性變形。 在本發(fā)明中，B鉸鏈103、 C鉸鏈203與A鉸鏈102的結(jié)構(gòu)相同。
參見圖4、圖4A所示，水平作動器2:水平作動器2由B磁致伸縮作動器201、 C鉸鏈203、支座202組成，C鉸鏈203的連接端203a從L形連接板7的B沉 頭孔706伸出，C鉸鏈203的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有B磁致伸縮作動 器201的伸縮桿201a, B磁致伸縮作動器201的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與螺 釘?shù)呐浜蠈磁致伸縮作動器201的底部安裝在支座202的C沉頭孔202a中， 支座202安裝在下連接板8上，通過螺釘與A螺紋孔806的配合使支座202固定 在下連接板8上。
參見圖5、圖5A所示，A被動支撐組件3由阻尼支撐301、螺旋彈簧302和A 夾緊環(huán)303組成，螺旋彈簧302套接在阻尼支撐301上，阻尼支撐301的A法蘭盤 301b安裝在L形連接板7的A通孔701內(nèi)，阻尼支撐301的下端安裝在A夾緊環(huán) 303的K通孔303a內(nèi)，A夾緊環(huán)303安裝在下連接板8的E通孔801內(nèi)。在本發(fā) 明中，B被動支撐組件4、 C被動支撐組件5和D被動支撐組件6與A被動支撐組件 3的結(jié)構(gòu)相同，且在L形連接板7、下連接板8之間的連接關(guān)系也相同，即B被動支
撐組件4的B阻尼環(huán)安裝在L形連接板7的B通孔702內(nèi)，B被動支撐組件4的B 夾緊環(huán)安裝在下連接板8的F通孔802內(nèi)；C被動支撐組件5的C阻尼環(huán)安裝在L 形連接板7的C通孔703內(nèi)，C被動支撐組件5的C夾緊環(huán)安裝在下連接板8的G 通孔803內(nèi)；D被動支撐組件6的D阻尼環(huán)安裝在L形連接板7的D通孔704內(nèi)， D被動支撐組件6的D夾緊環(huán)安裝在下連接板8的H通孔804內(nèi)。
參見圖5B所示，阻尼支撐301由支撐桿301a、 A法蘭盤301b和橡膠環(huán)301c 組成；首先將支撐桿301a的螺紋端插入A法蘭盤301b的空腔301d內(nèi)，然后在空 腔301d中澆注入丁晴橡膠(型號40)形成橡膠環(huán)301c。橡膠環(huán)301c能夠使支撐 桿301a和A法蘭盤301b形成一個(gè)整體件，即阻尼支撐301。在本發(fā)明中，每個(gè) 二自由度主動隔振模塊有四個(gè)被動支撐組件，該四個(gè)被動支撐組件各自的阻尼支撐的 法蘭盤安裝在L形連接板7 (載物臺9與L形連接板7連接)上，為了保證載物臺9 與基座10之間的被動減振，阻尼支撐301上的橡膠環(huán)301c在受到外界振動影響的 情況下具有阻尼吸收振動能量的作用。
A加速度傳感器lb、 B加速度傳感器2b選取壓電晶體加速度傳感器。
A 二自由度主動隔振模塊14、 C 二自由度主動隔振模塊16和D 二自由度主動 隔振模塊17與B 二自由度主動隔振模塊15的結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明模塊化六自由度主動隔振平臺的六個(gè)方向?yàn)?br> 第一個(gè)方向(x方向平動)模塊化六自由度主動隔振平臺在第一個(gè)方向的振動， 由B 二自由度主動隔振模塊15中A水平作動器沿方向15a運(yùn)動和D 二自由度主動 隔振模塊17中A水平作動器沿方向17a運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制。
第二個(gè)方向(y方向平動)模塊化六自由度主動隔振平臺在第二個(gè)方向的振動， 由A二自由度主動隔振模塊14中B垂直作動器沿方向14b運(yùn)動、B二自由度主動 隔振模塊15中B垂直作動器沿方向15b運(yùn)動、C 二自由度主動隔振模塊16中B 垂直作動器沿方向16b運(yùn)動和D 二自由度主動隔振模塊17中B垂直作動器沿方向 17b運(yùn)動的共同作用下進(jìn)f于主動振動控制。
第三個(gè)方向(z方向平動)模塊化六自由度主動隔振平臺在第三個(gè)方向的振動， 由A 二自由度主動隔振模塊14中A水平作動器沿方向14a運(yùn)動和C 二自由度主動 隔振模塊16中A水平作動器沿方向16a運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制。
第四個(gè)方向(繞x方向轉(zhuǎn)動)模塊化六自由度主動隔振平臺在第四個(gè)方向的振 動，由A二自由度主動隔振模塊14中B垂直作動器沿方向14b運(yùn)動和D二自由度 主動隔振模塊17中B垂直作動器沿方向17b運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制； 或者由B 二自由度主動隔振模塊15中B垂直作動器沿方向15b運(yùn)動和C 二自由度 主動隔振模塊16中B垂直作動器沿方向16b運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制。
第五個(gè)方向(繞y方向轉(zhuǎn)動h模塊化六自由度主動隔振平臺在第五個(gè)方向的振 動，由A二自由度主動隔振模塊14中A水平作動器沿方向14a運(yùn)動和C二自由度 主動隔振模塊16中A水平作動器沿方向16a運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制； 或者由B 二自由度主動隔振模塊15中A水平作動器沿方向15a運(yùn)動和D 二自由度 主動隔振模塊17中A水平作動器沿方向17a運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制。
第六個(gè)方向(繞z方向轉(zhuǎn)動)模塊化六自由度主動隔振平臺在第六個(gè)方向的振 動，由A二自由度主動隔振模塊14中B垂直作動器沿方向14b運(yùn)動和B二自由度 主動隔振模塊15中B垂直作動器沿方向15b運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制； 或者由C 二自由度主動隔振模塊16中B垂直作動器沿方向16b運(yùn)動和D 二自由度 主動隔振模塊17中B垂直作動器沿方向17b運(yùn)動的共同作用下進(jìn)行主動振動控制。
權(quán)利要求
1、一種模塊化六自由度主動隔振平臺，其特征在于由四個(gè)二自由度主動隔振模塊、一個(gè)載物臺(9)和一個(gè)基座(10)構(gòu)成，所述四個(gè)二自由度主動隔振模塊是指結(jié)構(gòu)相同的A二自由度主動隔振模塊(14)、B二自由度主動隔振模塊(15)、C二自由度主動隔振模塊(16)和D二自由度主動隔振模塊(17)；四個(gè)二自由度主動隔振模塊的下連接板分別安裝在基座(10)的四個(gè)角上，四個(gè)二自由度主動隔振模塊的L形連接板與載物臺(9)連接；B二自由度主動隔振模塊(15)由殼體、A被動支撐組件(3)、B被動支撐組件(4)、C被動支撐組件(5)、D被動支撐組件(6)、垂直作動器(1)、水平作動器(2)、A加速度傳感器(1b)、B加速度傳感器(2b)組成；A被動支撐組件(3)、B被動支撐組件(4)、C被動支撐組件(5)和D被動支撐組件(6)結(jié)構(gòu)相同；殼體由L形連接板(7)、下連接板(8)、A側(cè)板(11)、B側(cè)板(12)和C側(cè)板(13)組成，A側(cè)板(11)、B側(cè)板(12)和C側(cè)板(13)順次安裝在下連接板(8)上；L形連接板(7)的上板面(7a)上設(shè)有A通孔(701)、B通孔(702)、C通孔(703)、D通孔(704)、A沉頭孔(705)，A通孔(701)內(nèi)放置有A被動支撐組件(3)的連接環(huán)，B通孔(702)內(nèi)放置有B被動支撐組件(4)的連接環(huán)，C通孔(703)內(nèi)放置有C被動支撐組件(5)的連接環(huán)，D通孔(704)內(nèi)放置有D被動支撐組件(6)的連接環(huán)，A沉頭孔(705)內(nèi)放置有垂直作動器(1)的A鉸鏈(102)；L形連接板(7)的上板面(7a)的底部安裝有A加速度傳感器(1b)；L形連接板(7)的側(cè)板面(7b)上設(shè)有B沉頭孔(706)、A凹槽(707)，B沉頭孔(706)內(nèi)放置有水平作動器(2)的C鉸鏈(203)，A凹槽(707)內(nèi)安裝有B加速度傳感器(2b)；下連接板(8)上設(shè)有E通孔(801)、F通孔(802)、G通孔(803)、H通孔(804)、I通孔(805)、A螺紋孔(806)，E通孔(801)內(nèi)放置有A被動支撐組件(3)的夾緊環(huán)，F(xiàn)通孔(802)內(nèi)放置有B被動支撐組件(4)的夾緊環(huán)，G通孔(803)內(nèi)放置有C被動支撐組件(5)的夾緊環(huán)，H通孔(804)內(nèi)放置有D被動支撐組件(6)的夾緊環(huán)，I通孔(805)內(nèi)放置有垂直作動器(1)的夾緊環(huán)，A螺紋孔(806)用于與螺釘?shù)呐浜鲜顾阶鲃悠?2)的支座安裝在下連接板(8)上；下連接板(8)的中間安裝有水平作動器(2)，A被動支撐組件(3)與D被動支撐組件(6)安裝在下連接板(8)的一側(cè)，B被動支撐組件(4)與C被動支撐組件(5)安裝在下連接板(8)的另一側(cè)，垂直作動器(1)安裝在C被動支撐組件(5)與D被動支撐組件(6)之間；垂直作動器(1)由A磁致伸縮作動器(101)、A鉸鏈(102)、B鉸鏈(103)、E夾緊環(huán)(104)和連接桿(105)組成；A鉸鏈(102)的連接端(102a)從L形連接板(7)的A沉頭孔(705)伸出，A鉸鏈(102)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有A磁致伸縮作動器(101)的伸縮桿(101a)；A磁致伸縮作動器(101)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有B鉸鏈(103)的連接端(103a)；B鉸鏈(103)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有連接桿(105)的連接端(105a)；連接桿(105)安裝在E夾緊環(huán)(104)的J通孔(104a)內(nèi)，E夾緊環(huán)(104)安裝在下連接板(8)的I通孔(805)內(nèi)；A鉸鏈(102)由鉸鏈體(102b)和橡膠圈(102c)構(gòu)成，橡膠圈(102c)是將丁晴橡膠澆注在鉸鏈體(102b)的變形段上形成；水平作動器(2)由B磁致伸縮作動器(201)、C鉸鏈(203)、支座(202)組成，C鉸鏈(203)的連接端(203a)從L形連接板(7)的B沉頭孔(706)伸出，C鉸鏈(203)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔內(nèi)安裝有B磁致伸縮作動器(201)的伸縮桿(201a)，B磁致伸縮作動器(201)的底部設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與螺釘?shù)呐浜蠈磁致伸縮作動器(201)的底部安裝在支座(202)的C沉頭孔(202a)中，支座(202)安裝在下連接板(8)上，通過螺釘與A螺紋孔(806)的配合使支座(202)固定在下連接板(8)上；A被動支撐組件(3)由阻尼支撐(301)、螺旋彈簧(302)和A夾緊環(huán)(303)組成，螺旋彈簧(302)套接在阻尼支撐(301)上，阻尼支撐(301)的A法蘭盤(301b)安裝在L形連接板(7)的A通孔(701)內(nèi)，阻尼支撐(301)的下端安裝在A夾緊環(huán)(303)的K通孔(303a)內(nèi)，A夾緊環(huán)(303)安裝在下連接板(8)的E通孔(801)內(nèi)；B被動支撐組件(4)、C被動支撐組件(5)和D被動支撐組件(6)與A被動支撐組件(3)結(jié)構(gòu)相同；B被動支撐組件(4)的B阻尼環(huán)安裝在L形連接板(7)的B通孔(702)內(nèi)，B被動支撐組件(4)的B夾緊環(huán)安裝在下連接板(8)的F通孔(802)內(nèi)；C被動支撐組件(5)的C阻尼環(huán)安裝在L形連接板(7)的C通孔(703)內(nèi)，C被動支撐組件(5)的C夾緊環(huán)安裝在下連接板(8)的G通孔(803)內(nèi)；D被動支撐組件(6)的D阻尼環(huán)安裝在L形連接板(7)的D通孔(704)內(nèi)，D被動支撐組件(6)的D夾緊環(huán)安裝在下連接板(8)的H通孔(804)內(nèi)；阻尼支撐(301)由支撐桿(301a)、A法蘭盤(301b)和橡膠環(huán)(301c)組成；首先將支撐桿(301a)的螺紋端插入A法蘭盤(301b)的空腔(301d)內(nèi)，然后在空腔(301d)中澆注入丁晴橡膠形成橡膠環(huán)(301c)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模塊化六自由度主動隔振平臺，其特征在于四個(gè)二自由 度主動隔振模塊中相鄰兩個(gè)的水平作動器輸出軸垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的模塊化六自由度主動隔振平臺，其特征在于A加速度傳 感器(lb)、 B加速度傳感器(2b)選取壓電晶體加速度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模塊化六自由度主動隔振平臺，由四個(gè)二自由度主動隔振模塊、一個(gè)載物臺和一個(gè)基座構(gòu)成；四個(gè)二自由度主動隔振模塊的下連接板分別安裝在基座的四個(gè)角上，四個(gè)二自由度主動隔振模塊的L形連接板與載物臺連接；四個(gè)二自由度主動隔振模塊中相鄰兩個(gè)的水平作動器輸出軸垂直。該主動隔振平臺采用模塊拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且每個(gè)模塊自身又可以看作是一個(gè)獨(dú)立的隔振制穩(wěn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)垂直和水平方向的主被動結(jié)合的振動控制。每個(gè)模塊在微幅低頻環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)承受27倍于自身重量約500千克載荷的兩自由度方向主動振動控制。整體隔振平臺可以實(shí)現(xiàn)承受2000千克載荷的六自由度方向主動振動控制。
文檔編號G03F7/20GK101383196SQ20081022228
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者張?zhí)禧? 琳 李, 超 李, 勇 楊, 毛劍琴, 高艷蕾 申請人:北京航空航天大學(xué)