[发明专利]一种刚柔耦合旋转平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合旋转平台及其控制方法，所述刚柔耦合旋转平台包括：机座、刚性轴承、轴承套筒、核心旋转平台、旋转驱动器和复合式旋转柔性铰链环、两组编码器；轴承套筒固定在所述机座上；刚性轴承与核心旋转平台之间通过复合式旋转柔性铰链环运动副连接；刚性轴承通过轴承套筒与机座连接；旋转驱动器用于驱动核心旋转平台旋转；核心旋转平台旋转时，复合式旋转柔性铰链环发生弹性变形；两组编码器分别用于测量核心旋转平台的旋转角度和测量刚性轴承的旋转角度。本发明的旋转平台依靠自身的复合式柔性铰链环变形来补偿摩擦死区，降低旋转平台启动、停止和微旋转过程中摩擦力变化导致的“爬行”对旋转和定位精度的影响。

技术领域

本发明涉及旋转平台的技术领域，更具体地，涉及一种刚柔耦合旋转平台及其控制方法。

背景技术

旋转平台在现代工业领域中被广泛使用。尤其在航天国防领域，激光跟踪、激光武器、卫星激光通讯等，需要高精度旋转平台作为瞄准装置。由于被探测物距离遥远，失之毫厘，谬之千里，对角位移的精度要求永无止境。受运动副摩擦的影响，旋转平台的精度受限。旋转平台中运动副之间表面粗糙度的不确定变化会导致摩擦阻力的幅值不确定变化。而在旋转平台的启动、停止和微旋转过程中，旋转平台的速度相对较低，上述摩擦阻力的幅值波动容易导致旋转平台出现“爬行”现象。在闭环控制系统作用下，驱动器将会通过增大驱动力的方式来克服摩擦阻力，补偿旋转平台定位误差。在上述补偿过程中，旋转平台将经历频繁的“静止→运动”状态切换。在“静止→运动”过程中，运动副之间的摩擦阻力会经历“静摩擦力→动摩擦力”的状态切换，而静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异会导致上述状态切换瞬间的加速度突变，造成旋转平台在最终定位位置附近的“抖动”，影响定位精度。

如何降低在启动、停止和微旋转过程中由于摩擦状态切换造成的定位误差影响是影响旋转平台执行精度的重要问题。针对上述问题，目前存在如下解决方案：

1.建立精确的摩擦力模型，用于旋转控制驱动力补偿。

2.采用无摩擦或低摩擦的运动副设计，例如采用气浮轴承、磁悬浮轴承或柔性铰链等结构设计。

由于运动副之间的接触面微观特性差异与制造误差等因素，很难建立高度精确的摩擦力模型，导致旋转控制系统中需要采用复杂的补偿控制方法。

气浮轴承或磁悬浮轴承等低摩擦运动副的实施成本较高，限制了其使用范围。柔性铰链作为一种无摩擦运动副，依靠弹性变形来实现连续高精度的旋转。弹性变形范围有限，变形过大导致了系统的非线性和疲劳寿命问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种刚柔耦合旋转平台及其控制方法，将旋转柔性铰链与有摩擦轴承运动副配合使用，通过对旋转副摩擦死区进行补偿来实现高精度的旋转。本发明采用的具体技术方案如下。

第一方面，本发明提供一种刚柔耦合旋转平台，所述刚柔耦合旋转平台包括：机座、刚性轴承、轴承套筒、核心旋转平台、旋转驱动器和复合式旋转柔性铰链环、编码器；所述轴承套筒固定在所述机座上；所述刚性轴承与所述核心旋转平台之间通过所述复合式旋转柔性铰链环运动副连接；所述刚性轴承通过所述轴承套筒与所述机座连接；所述旋转驱动器用于驱动所述核心旋转平台旋转；当所述旋转驱动器对所述核心旋转平台施加使其旋转的驱动力时，所述驱动力使所述复合式旋转柔性铰链环发生弹性变形；所述编码器包括：第一组编码器和第二组编码器；所述第一组编码器用于实时测量所述核心旋转平台在任意情况下的旋转角度；所述第二组编码器用于测量刚性轴承在任意情况下的旋转角度。

进一步，所述刚柔耦合旋转平台还包括：码盘固定件；所述第一组编码器包括：第一编码器码盘和第一编码器读头；所述第一编码器码盘固定在码盘固定件上，所述码盘固定件与所述核心旋转平台固定在一起；所述第一编码器读头与所述机座固定在一起。