[发明专利]一种基于柔性铰链的双轴稳定快速反射镜装置

说明书

本发明提出一种基于柔性铰链的双轴稳定快速反射镜装置，包括基座、反射镜、镜托、驱动电机、柔性铰链、位置传感器；柔性铰链分为三个部分：具有镜托安装面的上部、十字形中部和具有基座安装面的下部；镜托安装面中心与基座安装面中心同轴；其中具有镜托安装面的上部底面与十字形中部上表面通过第一柔性铰链薄壁连接，十字形中部下表面与具有基座安装面的下部上表面通过第二柔性铰链薄壁连接；第一柔性铰链薄壁与第二柔性铰链薄壁相互垂直，且镜托安装面中心轴以及基座安装面中心轴均与第一柔性铰链薄壁以及第二柔性铰链薄壁相交。本发明实现了快速反射镜装置负载重心与柔性铰链转动中心线的重合，提升了柔性铰链转动自由度与限制自由度之间的刚度比。

技术领域

本发明属于精密光机结构设计技术领域，具体涉及一种适用于复杂振动环境中的基于柔性铰链的双轴稳定快速反射镜装置。

背景技术

快速反射镜装置以其精度高、响应快、动态滞后误差小的特点，广泛应用于各类稳定跟踪平台中。目前柔性铰链设计是快速反射镜设计中的一个主要关注点，相较于框架式、基于传统轴系结构的快速反射镜装置，柔性铰链替代了其中的轴系结构，从而消除了快速反射镜装置在使用过程中的轴系摩擦，为提升快速反射镜的性能奠定了机械结构基础。

申请号为20160545592.4，名称为“一种串联承载式快速反射镜结构”公开了一种串联承载式反射镜结构，在常见的基于柔性铰链的快速反射镜结构中加入了一个滚珠结构，减小了反射镜座与柔性铰链间的间隙。申请号为201320708758.1，名称为“基于柔性支承的快速反射镜装置”公开了一种基于柔性铰链的快速反射镜装置，采用三个音圈电机作为驱动，并且在电机与镜托之间安装有柔性连接头，起到了防止电机卡死的作用。申请号为201710918544.X，名称为“一种具有双柔性元件的快速反射镜”公开了一种具有双柔性元件支承结构的快速反射镜装置，采用侧边柔性联结件实现反射镜四周与支承基座的柔性联结，同时设置位于反射镜中心的柔性支承连接件实现反射镜中心与支承基座的柔性连接，增加了快速反射镜装置的承载能力与环境适应性。申请号为201710700160.0，名称为“一种高精度稳瞄装置中万向柔性铰链连接的快速反射镜装置“公开了一种高精度稳瞄装置中万向柔性铰链连接的快速反射镜装置，采用万向柔性铰链支承反射镜，实现了反射镜的两轴转动。

以上基于柔性铰链的快速反射镜装置存在两个问题，一是装置运动部分(主要包括反射镜、镜托、电机动子及柔性铰链上部结构)重心、即负载重心与转动中心线不重合；二是柔性铰链转动自由度与限制自由度之间的刚度比值较低。实际应用中，这两个问题均不利于伺服性能的实现：振动条件下，伺服系统需克服的干扰力矩正比于转动中心线与负载重心的位置偏差；柔性铰链转动自由度与限制自由度之间的刚度比值对伺服性能的限制作用显著，该比值越大，越容易实现更高的快速反射镜装置伺服性能指标。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于柔性铰链的双轴稳定快速反射镜装置，在尽可能保证结构紧凑的前提下，实现了快速反射镜装置负载重心与柔性铰链转动中心线的重合，同时最大限度的提升了柔性铰链转动自由度与限制自由度之间的刚度比。

本发明的技术方案为：

所述一种基于柔性铰链的双轴稳定快速反射镜装置，其特征在于：包括基座(1)、反射镜(2)、镜托(3)、驱动电机(4)、柔性铰链(5)、位置传感器(8)；

所述反射镜(2)固定在所述镜托(3)上；所述镜托(3)安装在柔性铰链(5)一端，柔性铰链(5)另一端固定在基座(1)上；多个驱动电机(4)和位置传感器(8)交叉均布在柔性铰链外围；

所述柔性铰链(5)分为三个部分：具有镜托安装面的上部、十字形中部和具有基座安装面的下部；镜托安装面中心与基座安装面中心同轴；其中具有镜托安装面的上部底面与十字形中部上表面通过第一柔性铰链薄壁连接，十字形中部下表面与具有基座安装面的下部上表面通过第二柔性铰链薄壁连接；第一柔性铰链薄壁与第二柔性铰链薄壁相互垂直，且镜托安装面中心轴以及基座安装面中心轴均与第一柔性铰链薄壁以及第二柔性铰链薄壁相交。