在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)，設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡機(jī)架與望遠(yuǎn)鏡副鏡之間，特征是設(shè)有三個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五維并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一、第二、第三、第四、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿；五組壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的兩端分別與靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)連接；通過(guò)第一、第二、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可產(chǎn)生沿z軸的平動(dòng)和繞x、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)第四、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可產(chǎn)生沿x、y軸的平動(dòng)。本發(fā)明可支持天文望遠(yuǎn)鏡在極端環(huán)境下工作，優(yōu)點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用壓電陶瓷，解決了電機(jī)在極端環(huán)境下產(chǎn)生的問(wèn)題。整套機(jī)構(gòu)沒(méi)有采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了運(yùn)動(dòng)精度。可承載很大的側(cè)向載荷。消除了運(yùn)動(dòng)的干涉問(wèn)題，方便控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在極端環(huán)境下工作的五自由度 天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)，是一種太空望遠(yuǎn)鏡、南極望遠(yuǎn)鏡等極端環(huán)境下天文望遠(yuǎn)鏡副鏡 的調(diào)整機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，主鏡和副鏡(次鏡）的相對(duì)位置和姿態(tài)對(duì)于高質(zhì)量成 像有著重要的影響，但大口徑望遠(yuǎn)鏡的主鏡的質(zhì)量和體積相對(duì)較大，因此，常常將次鏡設(shè)計(jì) 成多自由度可以調(diào)整的機(jī)構(gòu)。目前，在天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)上廣泛應(yīng)用的是Stewart 六桿機(jī)構(gòu)，六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)剛度高，精度高，靈活性強(qiáng)，但是存在各桿件間相互干涉 的問(wèn)題，容易出現(xiàn)系統(tǒng)的卡死，對(duì)控制系統(tǒng)的要求非常嚴(yán)格。由于六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征，使 得六桿機(jī)構(gòu)的側(cè)向載荷很小，僅有其軸向載荷的十分之一左右。
[0003] 目前，為了天文觀測(cè)的需要，在太空環(huán)境或南極環(huán)境等極端條件下設(shè)置天文望遠(yuǎn) 鏡的需要越來(lái)越多。天文望遠(yuǎn)鏡在這類(lèi)極端環(huán)境下工作，對(duì)望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)的技術(shù)要 求也越來(lái)越高。而上述的現(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)法完全滿足這類(lèi)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種可以在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào) 整機(jī)構(gòu)，可以解決現(xiàn)有六桿機(jī)構(gòu)側(cè)向載荷小、各桿之間相互干涉、控制困難等問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的：一種在極端環(huán)境下工作的五自由度天文 望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)，本副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡機(jī)架與望遠(yuǎn)鏡副鏡之間，其特征在于， 本副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)有三個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五維并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中包括靜 平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第三驅(qū)動(dòng)桿、第四驅(qū)動(dòng)桿和第五驅(qū)動(dòng)桿；所述第一 驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第三驅(qū)動(dòng)桿、第四驅(qū)動(dòng)桿和第五驅(qū)動(dòng)桿的兩端分別與所述的靜平臺(tái)、 動(dòng)平臺(tái)連接；通過(guò)第一、第二、第三驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿z軸的平動(dòng)和繞x、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)； 通過(guò)第四、第五驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿X、y軸的平動(dòng)。
[0006] 所述第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第三驅(qū)動(dòng)桿、第四驅(qū)動(dòng)桿和第五驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)方式 采用改變各驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)度的方式，方便計(jì)算，使得整體運(yùn)動(dòng)更易于控制。其中，所述驅(qū)動(dòng)桿的 驅(qū)動(dòng)方式采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，有高精度、耐低溫的特點(diǎn)，并可以通過(guò)若干個(gè)壓電陶瓷的疊加 達(dá)到預(yù)期位移量，有效的解決了極端環(huán)境下的高精度驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。
[0007] 在優(yōu)化方案中，各壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的兩端與靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)的具體連接方式是： 所述第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第1虎克鉸(或球面副）和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第2虎克鉸 (或球面副）和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 桿通過(guò)第3虎克鉸(或球面副)和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第4虎克鉸(或球面副)和動(dòng)平臺(tái)連接，通 過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第5虎克鉸(或球面副） 和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第6虎克鉸(或球面副)和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)；通過(guò)第一、第二、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿Z軸的平動(dòng)和繞X、y軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)； 所述第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第7虎克鉸(或球面副）和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第8虎克鉸 (或球面副）和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 桿通過(guò)第9虎克鉸(或球面副）和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第10虎克鉸(或球面副）和動(dòng)平臺(tái)連接， 通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)第四、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿 x、y軸的平動(dòng)。
[0008] 本發(fā)明可以支持天文望遠(yuǎn)鏡在極端環(huán)境下工作，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于： 1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用壓電陶瓷，很好的解決了電機(jī)在極端環(huán)境下產(chǎn)生的問(wèn)題。
[0009] 2、整套機(jī)構(gòu)沒(méi)有采用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了運(yùn)動(dòng)精度。
[0010] 3、本發(fā)明可承載很大的側(cè)向載荷。
[0011] 4、本發(fā)明不存在運(yùn)動(dòng)的干涉問(wèn)題，方便控制。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例的機(jī)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的一種實(shí)施例的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面通過(guò)附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)給予進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0014] 實(shí)施例1，圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例的機(jī)構(gòu)示意圖，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第五壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿。
[0015] 所述第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組1的一端通過(guò)一對(duì)軸承2和銜接機(jī)構(gòu)3連接，銜接機(jī) 構(gòu)3通過(guò)與軸承2垂直的另一對(duì)軸承4和靜平臺(tái)5連接，第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組的另一端 通過(guò)球鉸12和動(dòng)平臺(tái)10連接。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿伸長(zhǎng)、縮短，帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
[0016] 同理，第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組與第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組 采用同樣的方式，均勻、對(duì)稱(chēng)地布置在靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)之間，通過(guò)第一、第二、第三壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)桿組的伸長(zhǎng)和縮短可以產(chǎn)生沿z軸的平動(dòng)和繞X、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017] 所述第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組8的一端通過(guò)一對(duì)軸承6和銜接機(jī)構(gòu)7連接，銜接機(jī) 構(gòu)7通過(guò)與軸承6垂直的另一對(duì)軸承9和動(dòng)平臺(tái)10連接，第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組的另一端 通過(guò)球鉸11和靜平臺(tái)5連接。所述第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組采用相同的方式，與第四壓電陶 瓷驅(qū)動(dòng)桿組垂直布置。通過(guò)第四、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組的伸長(zhǎng)和縮短可以產(chǎn)生沿X、y軸 的平動(dòng)。
[0018] 圖2為本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿組的一種實(shí)施例的示意圖，由于壓電陶瓷的行程很 小，很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，本發(fā)明將壓電陶瓷相互連接，組成壓電陶瓷組構(gòu)成的驅(qū)動(dòng) 桿，該驅(qū)動(dòng)桿可實(shí)現(xiàn)雙向較大行程的位移。
[0019] 所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿由內(nèi)圈上下對(duì)稱(chēng)的4組壓電陶瓷和外圈上下對(duì)稱(chēng)的4組壓電 陶瓷構(gòu)成。因?yàn)閴弘娞沾傻牟贾蒙舷聦?duì)稱(chēng)，現(xiàn)結(jié)合附圖2說(shuō)明壓電陶瓷的布置方式。內(nèi)圈 壓電陶瓷1、2通過(guò)端頭與內(nèi)圈連接體3連接，通過(guò)壓電陶瓷體上的外螺紋與內(nèi)圈連接體4 連接，連接體7開(kāi)孔使得壓電陶瓷1、2末端可以伸出；內(nèi)圈壓電陶瓷5、6通過(guò)端頭與內(nèi)圈連 接體4連接，通過(guò)壓電陶瓷體上的外螺紋與連接體7連接；外圈壓電陶瓷8、9通過(guò)壓電陶瓷 體上的外螺紋與連接體7連接，通過(guò)端頭與外圈連接體10連接；外圈壓電陶瓷11、12通過(guò) 壓電陶瓷體上的外螺紋與外圈連接體10連接，通過(guò)端頭與外圈連接體13連接，連接體7上 開(kāi)孔使得外圈壓電陶瓷11、12末端可以伸出。下半部分壓電陶瓷的布置與上半部分相同， 下半部分內(nèi)圈最下端的連接體15向下伸出，與靜平臺(tái)連接；下半部分外圈最下端的連接體 14向上伸出，與動(dòng)平臺(tái)連接。通過(guò)這樣的布置，即可實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷組雙向、較大位移、較大輸 出力的運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)，本副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè) 置在望遠(yuǎn)鏡機(jī)架與望遠(yuǎn)鏡副鏡之間，其特征在于，本副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)有三個(gè)平動(dòng)自由度和 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五維并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第 二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿；所 述第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿、第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿 和第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的兩端分別與所述的靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)連接；通過(guò)第一、第二、第三壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿Z軸的平動(dòng)和繞x、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)第四、第五壓電陶瓷驅(qū) 動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿X、y軸的平動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)， 其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)桿、第二驅(qū)動(dòng)桿、第三驅(qū)動(dòng)桿、第四驅(qū)動(dòng)桿和第五驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng) 方式是采用改變各驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)度的方式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)， 其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)方式采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的在極端環(huán)境下工作的五自由度天文望遠(yuǎn)鏡副鏡調(diào)整 機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述各壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的兩端與靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)的具體連接方式是： 所述第一壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第1虎克鉸或球面副和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第2虎克鉸或 球面副和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第二壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通 過(guò)第3虎克鉸或球面副和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第4虎克鉸或球面副和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶 瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第5虎克鉸或球面副和靜平臺(tái)連 接，通過(guò)第6虎克鉸或球面副和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)第 一、第二、第三壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿z軸的平動(dòng)和繞X、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述第四壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通過(guò)第7虎克鉸或球面副和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第8虎克鉸或 球面副和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿通 過(guò)第9虎克鉸或球面副和靜平臺(tái)連接，通過(guò)第10虎克鉸或球面副和動(dòng)平臺(tái)連接，通過(guò)壓電 陶瓷的伸長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)第四、第五壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生沿X、y軸的 平動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G02B23/16GK104090359SQ201410329367
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】顧伯忠, 袁昊, 葉宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所