磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置的制造方法
磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隔振装置技术领域，具体是一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振平台。
【背景技术】
[0002]隔振装置是连接设备和基础的弹性元件，用以减少和消除由设备传递到基础的振动力和由基础传递到设备的振动。为了满足航空航天、光学、遥感、精密制造等领域对振动环境的严格特殊要求，尤其是有效地抑制低频和超低频振动的要求，传统的被动隔振方法已不能达到要求和精度。
[0003]经检索发现:授权公告号为:2605934Y，授权公告日为2004年3月10日的实用新型专利，提出了一种基于超磁致伸缩驱动器的主动隔振装置，采用超磁致伸缩驱动器和直线轴承，直线轴承安装在同一圆周等分设置在底板上的三个导向直柱的较小端，磁致伸缩棒驱动器安装于底座中心处。其不足在于:
[0004]1、外套电磁线圈外面，体积大，且不易于磁体更换；
[0005]2、运动是摩擦力大，能量损耗高；
[0006]3、磁致伸缩驱动器的输出杆直接穿出隔振平台，整个隔振装置的精度和稳定性差;
[0007]4、磁致伸缩驱动器的输出行程有限，不能满足多种行程要求；
[0008]上述基于超磁致伸缩驱动器的主动隔振装置无法满足现代工业的隔振要求。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，该装置可提供基于弹簧的被动隔振和基于磁致伸缩驱动放大的主动隔振两种方式一体化的精密隔振，隔振效果在多个自由度上对于较宽频带的扰动都有效，是一个融合了驱动系统、传感系统和控制策略的闭环系统。
[0010]为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的。
[0011]一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上；其中:
[0012]所述驱动放大单元用于实现隔振装置的主动隔振；
[0013]所述被动隔振单元用于实现隔振装置的被动隔振；
[0014]所述锁紧限位装置用于调节隔振装置的静止状态、锁紧状态和平衡状态；
[0015]所述振动传感器用于测量上平台的振动响应；
[0016]所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个。
[0017]优选地，所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。
[0018]优选地，所述上平台为圆角三角形板，所述下平台为圆形板。
[0019]优选地，所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为三个，相应地，所述上平台的矩形槽和螺纹孔分别为三个。
[0020]优选地，三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元之间在对称位置并列放置，具体为:三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元呈正三角形布置，其中，三个所述驱动放大单元分别位于三角形的三条边上，三个所述被动隔振单元分别位于三角形的三个顶点上。
[0021 ] 优选地，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝；其中:
[0022]所述柔性杠杆固定在下平台上，所述输出杆、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、压力传感和预压螺杆由前向后依次接触设置；
[0023]所述柔性杠杆上设有两处薄部形成柔性铰链，可产生较大变形，所述柔性杠杆上还设有两处凸起形成前挡板和后挡板，所述前挡板上开有一个通孔，所述后挡板上开有一个螺纹孔；
[0024]所述输出杆的前端穿过前挡板的通孔，并与柔性杠杆的输入端固连，所述碟簧安置在前挡板与输出杆的后端台阶面之间，能对输出杆产生向后推力；
[0025]所述前磁轭、磁致伸缩棒和后磁轭一起设置于所述电磁线圈的内腔之中；
[0026]所述电磁线圈上方安置有所述辅助磁体，电磁线圈和辅助磁体均嵌在所述前端盖和后端盖之间；
[0027]所述前端盖和后端盖上分别开有一个通孔，所述前磁轭的前端和后磁轭的后端分别从前端盖上的通孔和后端盖上的通孔穿过；
[0028]所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖以及后端盖均安放在所述下壳体之中，所述下壳体固定在柔性杠杆的中部；所述上壳体设置于下壳体的顶部；
[0029]所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板的螺纹孔，并顶在压力传感器后端；
[0030]所述钢丝竖直放置，钢丝的一端固定在柔性杠杆的输出端，钢丝的另一端固定在所述上平台上。
[0031]优选地，所述柔性杠杆的输出端顶部与钢丝底部连接处和柔性杠杆的输入端轴线平齐；所述前磁轭与输出杆的接触面为圆弧面。
[0032]优选地，所述辅助磁体采用电磁线圈或者永磁体。
[0033]优选地，所述驱动放大单元包括如下任一种或任多种推动输出杆运动的方式:
[0034]-调节所述预压螺杆，预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭以及输出杆运动；
[0035]-所述电磁线圈通电后产生磁场，所述磁致伸缩棒在电磁线圈和辅助磁体磁场的共同作用下伸长，在预压螺杆固定的情况下推动前磁轭和输出杆运动；
[0036]在以上两种方式下，所述输出杆压缩碟簧并推动所述柔性杠杆的输入端，柔性杠杆的两处柔性铰链产生变形，最终使柔性杠杆的输出端产生相应运动；所述柔性杠杆的输出端与柔性杠杆的输入端位移比值称为放大系数，所述放大系数由输出杆的长度、柔性铰链位置以及柔性铰链的尺寸决定。
[0037]优选地，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆；其中，所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置于弹簧座与弹簧帽之间，所述调节螺杆的下端顶在弹簧帽的上端凹槽之中，所述调节螺杆的上端螺纹旋进上平台的螺纹孔中。
[0038]优选地，所述调节螺杆的下端为圆头形，相应地，所述弹簧帽的上端凹槽为圆形槽。
[0039]优选地，所述弹簧座内填充有阻尼材料。
[0040]优选地，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片；其中:所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽，所述横槽和竖槽直接垂直相交，限位座的侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔指向所述横槽，限位座的一侧朝上开有阶梯孔；所述横滑块和竖滑块分别设置于所述横槽和竖槽中，并在相应槽中自由往复滑动，所述横滑块和竖滑块之间通过相适配的斜面接触；所述调节螺钉旋进所述限位座侧面的螺纹通孔，调节螺钉的内端顶在横滑块上；所述锁紧螺钉穿过所述阶梯孔，并与上平台固连；所述弹簧薄片水平放置，弹簧薄片的一端与限位座的顶部固连，弹簧薄片的另一端嵌入上平台的矩形槽中并固连。
[0041]优选地，所述锁紧限位装置通过旋转调节螺钉调节竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度，使隔振装置处于不同状态，具体为:
[0042]调节锁紧限位装置的调节螺钉，旋紧时，调节螺钉推动横滑块沿横槽运动，横滑块进而通过斜面推动竖滑块沿竖槽运动；旋松时，竖滑块在重力作用下推动横滑块朝反方向运动。
[0043]优选地，所述磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括被动隔振模式和主动隔振模式；其中:
[0044]-被动隔振模式:被动隔振单元通过压缩弹簧减弱上平台的振动，适用于中高频振动的隔振；
[0045]-主动隔振模式，振动传感器将实时测量的振动响应形 成相应的电流输入至驱动放大单元的电磁线圈，进而使磁致伸缩棒产生相应的伸缩量，磁致伸缩棒的伸缩量经过柔性杠杆放大后由柔性杠杆的输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，该运动与上平台本身的振动相互抵消达到振动控制，适用于低频甚至超低频振动的隔振。
[0046]本实用新型的工作过程及工作原理为:
[0047]当驱动放大单元的柔性杠杆输入端未被推动且柔性杠杆处于自由状态时，上平台与驱动放大单元的钢丝顶端恰好接触且相互间没有力的作用，亦即是，上平台高度与驱动放大单元自由状态下的高度恰好相同，此时上平台完全由所述被动隔振单元和/或锁紧限位装置支撑，这一静止状态称为装置的初始状态。
[0048]磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的被隔振负载(以下简称负载)安装方法叙述如下:在负载安装前，将驱动放大单元末端的钢丝与上平台脱离，将锁紧限位装置的锁紧螺钉从上平台上旋出，将弹性薄片从锁紧限位装置上拆下，调节锁紧限位装置的调节螺钉使竖滑块顶部与上述初始状态的上平台底面等高，调节被动隔振单元的调节螺杆，使上平台处于最高位置并保持水平。将负载小心平稳的安放在上平台上并与其固定，此时所述被动隔振单元的弹簧被压缩，上平台下降。调节被动隔振单元的调节螺杆，使上平台继续下降至初始状态位置，以上平台与竖滑块恰好接触为准。将锁紧限位装置的锁紧螺钉旋进上平台使上平台完全固定在锁紧限位装置上，然后将钢丝与弹性薄片安装在相应位置。至此完成负载的安装和隔振装置的初始状态调整，此时隔振装置处于锁紧状态，可以承受一定范围的冲击振荡，也可将负载取下方便运输，只要下次同样的负载被安装在相同位置即可。
[0049]磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作前的预调节方法叙述如下:在负载已正确安装的前提下，拆下锁紧限位装置的锁紧螺钉，调节锁紧限位装置的调节螺钉使竖滑块下降至上平台底面所允许的最低高度，这一过程中上平台受到被动隔振单元的支撑而位置不发生改变。使所述辅助磁体提供适当强度的磁场，称之为偏置磁场，在这一磁场作用下所述磁致伸缩棒将产生伸长，旋转所述预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭，使前磁轭接触输出杆并推动其运动，此时碟簧受到压缩，磁致伸缩棒受到预压，根据压力传感器的值调节预压螺杆使磁致伸缩棒受到合适的预压力。调节被动隔振单元的调节螺杆，调整上平台水平度和高度，使上平台略低于初始状态为好。此时所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的状态称为平衡状态，这是隔振装置工作时的目标状态。
[0050]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的工作目标是，在负载受到振动干扰(包括从下平台传导而来的底部干扰、环境直接对负载产生的干扰、负载自身产生的振动干扰)时，通过主被动一体的隔振方式使负载保持在上述平衡状态位置，以下叙述其具体工作方式:当负载受到振动干扰时，所述被动隔振单元将通过压缩弹簧减弱上平台的振动，称之为被动隔振，这种隔振方式对中高频振动特别有效。此外，所述振动传感器将会实时测量负载的振动响应，这一信号被控制系统接收后通过合适的控制策略计算将会控制电源产生相应的电流输入给驱动放大单元的电磁线圈，进而使得磁致伸缩棒产生一定量的伸缩，经过柔性杠杆放大后由柔性杠杆的输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，这种方式产生的运动将会与上平台本身的振动相互抵消从而达到振动控制的目的，这种通过外部输入控制负载振动的方式称为主动隔振，它对于低频甚至超低频振动特别有效。无论是被动隔振单元还是驱动放大单元，它们在输出端对上平台产生的都是竖直方向的推拉，这两种单元可以设置多个，并在对称位置并列放置，通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕水平轴的转动共多个方向的运动，亦即是，所述装置在这多个自由度上可产生振动控制作用。当这两种单元各有三个时，通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕两个水平轴的转动共三个方向的运动，亦即是，所述装置在这三个自由度上可产生振动控制作用。
[0051]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:
[0052]本实用新型具有驱动精密、无间隙传动、行程放大倍数高、锁紧牢固、承载能力强、稳定性高、集成度高和智能化等特点；上述特点不仅体现在所述装置结构、安装方式和工作原理上，还体现在以下细节:
[0053]1、本实用新型采用可以三角对称的结构(上平台采用圆角三角形板，三个被动隔振单元和三个驱动放大单元之间在对称位置并列放置)，利用最少的单元数量实现了至少三个自由度上的主被动一体隔振。
[0054]2、驱动放大单元在所有关节处都采用了诸如柔性铰链或钢丝这样的柔性结构，避免了普通铰链的间隙造成的影响，有效提高了精度。
[0055]3、驱动放大单元的输出杆和柔性杠杆前挡板之间采用互磨工艺，有效减小了二者相对运动时的摩擦力，减小了能量损耗。
[0056]4、驱动放大单元将辅助磁体旁置，利用前端盖和后端盖作为磁轭连接磁路，相比于现有技术中将辅助磁体做成桶装套在电磁线圈外面的方案，有效减小了装置体积，且易于辅助磁体的更换。
[0057]5、驱动放大单元采用预压螺杆的方式调节磁致伸缩棒受到的预压力，操作方便且省力。在预压螺杆前加装压力传感器，不仅可根据传感器的值精密调节预压力，还可对磁致伸缩棒在工作时受到的压力进行实时监控，这一数据可用于装置的控制，提高精度。
[0058]6、柔性杠杆的长输出杆在后端向下弯折，使柔性杠杆的输出端顶部(与钢丝底部连接处)与柔性杠杆的输入端轴线平齐，这样可以使所述驱动放大单元最终的输出为竖直方向(目标输出方向)，一方面避免了非目标输出方向上的输出位移损耗，另一方面减小了钢丝在工作过程中的变形，提高了所述隔振装置的精度和稳定性。
[0059]7、驱动放大单元的前磁轭前部做成圆弧面与输出杆接触，这样可以有效减小输出杆与前磁轭轴线不重合时产生的轴向以外的相互作用力。同理，所述被动隔振单元的调节螺杆底部做成圆头而弹簧帽顶部有对应圆形凹槽，当调节螺杆随着上平台偏转而偏离竖直方向时，压缩弹簧轴线能够保持竖直。
[0060]8、被动隔振单元的弹簧座较高且内径较大，可在其中填充阻尼材料，增强装置的被动隔振性能。
[0061]9、锁紧限位装置顶部安装了弹性薄片和上平台连接，所述弹性薄片具有一定长度和宽度而厚度很小，在所述装置工作时，它对上平台在竖直方向的平动和绕水平方向的转动的影响可以忽略，却能有效限制上平台绕竖直方向的自转，增强装置稳定性。
[0062]10、隔振装置选用不同刚度所述压缩弹簧可以承受不同重量负载，从几十千克到几百千克不等，承载能力强；选用不同尺寸所述磁致伸缩棒和行程放大倍率可满足不同行程要求，从微米级到毫米级不等。
[0063]11、磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置可用于多种尺寸和重量的精密设备的振动控制和小范围调姿，适用频带宽，稳定性好，在航空航天、光学、遥感、精密制造等领域都有广泛应用前景。
【附图说明】
[0064]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0065]图1为本实用新型整体结构示意图；
[0066]图2为本实用新型放大驱动单元结构示意图；
[0067]图3为本实用新型被动隔振单元结构示意图；
[0068]图4为本实用新型锁紧限位装置结构示意图。
[0069]图中:1为下平台，2为驱动放大单元，3为被动隔振单元，4为锁紧限位装置，5为上平台，6为振动传感器，201为柔性杠杆，202为输出杆，203为碟簧，204为前磁轭，205为前端盖，206为磁致伸缩棒，207为电磁线圈，208为辅助磁体，209为后端盖，210为后磁轭，211为下壳体，212为上壳体，213为压力传感器，214为预压螺杆，215为钢丝，301为调节螺杆，302为弹簧帽，303为压缩弹簧，304 为弹簧座，401为弹性薄片，402为锁紧螺钉，403为竖滑块，404为横滑块，405为调节螺钉，406为限位座。
【具体实施方式】
[0070]下面对本实用新型的实施例作详细说明:本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
[0071]实施例
[0072]本实施例提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器。其中，驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置各有多个，分别固定在上平台与下平台之间。
[0073]进一步地，所述下平台为圆形板(但不仅限于圆形)，用作所述隔振装置的基座。所述上平台为圆角三角形板(但不仅限于圆角三角形)，上平台对应于每个锁紧限位装置的位置开有一个矩形槽，对应于每个被动隔振单元的位置开有一个螺纹孔。所述振动传感器固定在上平台上，可以是位移、速度或加速度传感器，用于测量上平台的振动响应。
[0074]进一步地，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝。所述柔性杠杆固定在下平台上，柔性杠杆上有两处较薄，称之为柔性铰链，可产生较大变形，所述柔性杠杆有两处凸起形成两个挡板，前挡板开有一个通孔，后挡板开有一个螺纹孔。所述输出杆穿过前挡板的通孔，前端与柔性杠杆输入端固连。所述碟簧安置在柔性杠杆前挡板和输出杆后端台阶面之间，能对输出杆产生向后推力。所述磁致伸缩棒夹在所述前磁轭与后磁轭之间，上述三者一起置于所述电磁线圈内腔之中。电磁线圈上方安置有所述辅助磁体，辅助磁体具体可以是电磁线圈或者永磁体，电磁线圈和辅助磁体都嵌在所述前端盖和后端盖之间，前端盖和后端盖各开有一个通孔，分别使前磁轭与后磁轭穿过。以上所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖都安放在所述下壳体之中，下壳体固定在柔性杠杆中部，所述上壳体在下壳体上方，可与其固定。所述压力传感器前端与后磁轭后端固定。所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板螺纹孔，顶在压力传感器后端。所述钢丝竖直放置，一端固定在柔性杠杆输出端，另一端固定在所述上平台上。
[0075]进一步地，所述驱动放大单元有两种方式推动输出杆运动。其一，调节所述预压螺杆，螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭以及输出杆运动。其二，所述电磁线圈在通电后会产生磁场，所述磁致伸缩棒在电磁线圈和辅助磁体磁场的共同作用下会产生伸长，在后端预压螺杆固定的情况下将会推动前端前磁轭和输出杆运动。在以上两种情况下，所述输出杆都会压缩碟簧并推动所述柔性杠杆输入端，柔性杠杆的两处柔性铰链将产生较大变形，最终使输出端产生相应运动，所述柔性杠杆输出端与输入端位移比值称为放大系数，由输出杆长度、柔性铰链位置和尺寸决定。
[0076]进一步地，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆。所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置，置于弹簧座和所述弹簧帽之间，所述调节螺杆下端顶在弹簧帽上端凹槽之中，上端螺纹旋进所述上平台螺纹孔中。
[0077]进一步地，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片。所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽个一条，两个槽垂直相交，限位座侧面开有螺纹通孔指向上述横槽，限位座一侧朝上开有阶梯孔。所述横滑块和竖滑块可以在相应槽中自由往复滑动，两滑块通过斜面相互接触。所述调节螺钉旋进所述限位座侧面螺纹孔，螺钉前端顶在横滑块上。所述锁紧落定穿过所述阶梯孔，可旋进所述上平台与其固连。所述弹簧薄片水平放置，一端与限位座顶部固连，另一端嵌入所述上平台矩形槽中与其固连。
[0078]进一步地，调节所述锁紧限位装置的调节螺钉，旋紧时，锁紧螺钉将会推动横滑块沿横槽运动，横滑块进而通过斜面推动竖滑块沿竖槽运动；旋松时，竖滑块将在重力作用下推动横滑块朝反方向运动。亦即是，旋转调节螺钉可以使竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度，使隔振装置处于不同状态。
[0079]下面结合附图，以“三自由度”为例，对本实施例进一步描述。
[0080]如图1所示，本实用新型的磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置包括下平台1、三个驱动放大单元2、三个被动隔振单元3、三个锁紧限位装置4、上平台5以及振动传感器6，其中，振动传感器6固定在上平台5上。
[0081]如图2所示，本实用新型的驱动放大单元2包括柔性杠杆201、输出杆202、碟簧203、前磁轭204、前端盖205、磁致伸缩棒206、电磁线圈207、辅助磁体208、后端盖209、后磁轭210、下壳体211、上壳体212、压力传感器213、预压螺杆214和钢丝215，其中柔性杠杆201底部固定在下平台I上，钢丝215顶部固定在上平台5上。输出杆202穿过柔性杠杆201前挡板通孔，预压螺杆214旋进柔性杠杆201后挡板螺纹孔，磁致伸缩棒206置于电磁线圈207内腔中，电磁线圈207和辅助磁体208 —同嵌入前端盖205和后端盖209凹槽中并一起放在下壳体211中，前端盖205、后端盖209和下壳体211都开有通孔供前磁轭204和后磁轭210穿过。施加预紧力时，由预压螺杆214依次推动压力传感器213、后磁轭210、磁致伸缩棒206、前磁轭204和输出杆202，并挤压碟簧203，装置正常工作时，上述零件保持相互挤压的状态。
[0082]如图3所示，本实用新型的被动隔振单元3包括调节螺杆301、弹簧帽302、压缩弹簧303和弹簧座304，其中弹簧座304固定在下平台I上，调节螺杆301通过螺纹与上平台5相连。将负载安装在上平台5上时，调节螺杆301会推动弹簧帽302挤压压缩弹簧303使其压缩承载。
[0083]如图4所示，本实用新型的锁紧限位装置4包括弹性薄片401、锁紧螺钉402、竖滑块403、横滑块404、调节螺钉405和限位座406，其中限位座406固定在下平台I上，弹性薄片401 —端固定在限位座406顶部，一端固定在上平台5的对应凹槽中。竖滑块403和横滑块404分别置于限位座406中对应的竖槽和横槽之中，调节螺钉405旋进限位座406对应螺纹孔中并顶住横滑块404。调节螺钉405向里旋时，推动横滑块404右移，进而推动竖滑块403上移；调节螺钉405向外旋时，竖滑块403在重力作用下下移，同时推动横滑块404左移。当装置需要锁紧时，将锁紧螺钉402旋入上平台5对应螺纹孔中。
[0084]当所述三个驱动放大单元的柔性杠杆输入端未被推动且柔性杠杆处于自由状态时，上平台与所述三个驱动放大单元的钢丝顶端恰好接触且相互间没有力的作用，亦即是，上平台高度与驱动放大单元自由状态下的高度恰好相同，此时上平台完全由所述被动隔振单元和/或锁紧限位装置支撑，这一静止状态称为装置的初始状态。
[0085]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的被隔振负载(以下简称负载)安装方法叙述如下:在负载安装前，将所述三个驱动放大单元末端的钢丝与上平台脱离，将所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉从上平台上旋出，将所述三个弹性薄片从装置上拆下，调节所述三个调节螺钉使竖滑块顶部与上述初始状态的上平台底部等高，调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，使上平台处于最高位置并保持水平。将负载小心平稳的安放在所述装置上平台上并与其固定，此时所述被动隔振单元的弹簧被压缩，上平台下降。调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，使上平台继续下降至初始状态位置，以上平台与三个竖滑块恰好接触为准。将所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉旋进上平台使上平台完全固定在三个锁紧限位装置上，然后将所述钢丝与弹性薄片安装在相应位置 。至此完成负载的安装和隔振装置的初始状态调整，此时装置处于锁紧状态，可以承受一定范围的冲击振荡，也可将负载取下方便运输，只要下次同样的负载被安装在相同位置即可。
[0086]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作前的预调节方法叙述如下:在负载已正确安装的前提下，拆下所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉，调节所述调节螺钉使竖滑块下降至上平台底部所允许的最低高度，这一过程中上平台受到所述三个被动隔振单元的支撑而位置不发生改变。使所述辅助磁体提供适当强度的磁场，称之为偏置磁场，在这一磁场作用下所述磁致伸缩棒将产生伸长，旋转所述预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭，使前磁轭接触输出杆并推动其运动，此时碟簧受到压缩，磁致伸缩棒受到预压，根据压力传感器的值调节预压螺杆使磁致伸缩棒受到合适的预压力。调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，调整上平台水平度和高度，使上平台略低于初始状态为好。此时所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的状态称为平衡状态，这是装置工作时的目标状态。
[0087]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作目标是，在负载受到振动干扰(包括从下平台传导而来的底部干扰、环境直接对负载产生的干扰、负载自身产生的振动干扰)时，通过主被动一体的隔振方式使负载保持在上述平衡状态位置，以下叙述其具体工作方式。当负载受到振动干扰时，所述三个被动隔振单元将通过压缩弹簧减弱上平台的振动，称之为被动隔振，这种隔振方式对中高频振动特别有效。此外，所述振动传感器将会实时测量负载的振动响应，这一信号被控制系统接收后通过合适的控制策略计算将会控制电源产生相应的电流输入给所述三个驱动放大单元的电磁线圈，进而使得磁致伸缩棒产生一定量的伸缩，经过柔性杠杆放大后由输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，这种方式产生的运动将会与上平台本身的振动相互抵消从而达到振动控制的目的，这种通过外部输入控制负载振动的方式称为主动隔振，它对于低频甚至超低频振动特别有效。无论是被动隔振单元还是驱动放大单元，它们在输出端对上平台产生的都是竖直方向的推拉，这两种单元各有三个，且是对称位置并列放置，因此通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕两个水平轴的转动共三个方向的运动，亦即是，所述装置在这三个自由度上可产生振动控制作用。
[0088]以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
【主权项】
1.一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上; 所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个； 所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述上平台采用圆角三角形板，所述下平台采用圆形板； 所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为三个，相应地，所述上平台的矩形槽和螺纹孔分别为三个； 三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元之间在对称位置并列放置，具体为:三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元呈正三角形布置，其中，三个所述驱动放大单元分别位于三角形的三条边上，三个所述被动隔振单元分别位于三角形的三个顶点上。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝；其中: 所述柔性杠杆固定在下平台上，所述输出杆、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、压力传感和预压螺杆由前向后依次接触设置； 所述柔性杠杆上设有两处薄部形成柔性铰链，所述柔性杠杆上还设有两处凸起形成前挡板和后挡板，所述前挡板上开有一个通孔，所述后挡板上开有一个螺纹孔； 所述输出杆的前端穿过前挡板的通孔，并与柔性杠杆的输入端固连，所述碟簧安置在前挡板与输出杆的后端台阶面之间； 所述前磁轭、磁致伸缩棒和后磁轭一起设置于所述电磁线圈的内腔之中； 所述电磁线圈上方安置有辅助磁体，电磁线圈和辅助磁体均嵌在所述前端盖和后端盖之间； 所述前端盖和后端盖上分别开有一个通孔，所述前磁轭的前端和后磁轭的后端分别从前端盖上的通孔和后端盖上的通孔穿过； 所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖以及后端盖均安放在所述下壳体之中，所述下壳体固定在柔性杠杆的中部；所述上壳体设置于下壳体的顶部； 所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板的螺纹孔，并顶在压力传感器后端； 所述钢丝竖直放置，钢丝的一端固定在柔性杠杆的输出端，钢丝的另一端固定在所述上平台上。4.根据权利要求3所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述柔性杠杆的输出端顶部与钢丝底部连接处和柔性杠杆的输入端轴线平齐；所述前磁轭与输出杆的接触面为圆弧面。5.根据权利要求3所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆；其中，所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置于弹簧座与弹簧帽之间，所述调节螺杆的下端顶在弹簧帽的上端凹槽之中，所述调节螺杆的上端螺纹旋进上平台的螺纹孔中。6.根据权利要求5所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述调节螺杆的下端为圆头形，相应地，所述弹簧帽的上端凹槽为圆形槽；所述弹簧座内填充有阻尼材料。7.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片；其中:所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽，所述横槽和竖槽直接垂直相交，限位座的侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔指向所述横槽，限位座的一侧朝上开有阶梯孔；所述横滑块和竖滑块分别设置于所述横槽和竖槽中，并在相应槽中自由往复滑动，所述横滑块和竖滑块之间通过相适配的斜面接触；所述调节螺钉旋进所述限位座侧面的螺纹通孔，调节螺钉的内端顶在横滑块上；所述锁紧螺钉穿过所述阶梯孔，并与上平台固连；所述弹簧薄片水平放置，弹簧薄片的一端与限位座的顶部固连，弹簧薄片的另一端嵌入上平台的矩形槽中并固连。8.根据权利要求7所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述锁紧限位装置通过旋转调节螺钉调节竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度。
【专利摘要】本实用新型提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上；所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个；所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。本实用新型具有驱动精密、无间隙传动、行程放大倍数高、锁紧牢固、承载能力强、稳定性高、集成度高和智能化等特点。
【IPC分类】F16F15/04
【公开号】CN204704312
【申请号】CN201520320765
【发明人】杨斌堂, 牛牧青, 杨诣坤, 孟光
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月18日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隔振装置技术领域，具体是一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振平台。
【背景技术】
[0002]隔振装置是连接设备和基础的弹性元件，用以减少和消除由设备传递到基础的振动力和由基础传递到设备的振动。为了满足航空航天、光学、遥感、精密制造等领域对振动环境的严格特殊要求，尤其是有效地抑制低频和超低频振动的要求，传统的被动隔振方法已不能达到要求和精度。
[0003]经检索发现:授权公告号为:2605934Y，授权公告日为2004年3月10日的实用新型专利，提出了一种基于超磁致伸缩驱动器的主动隔振装置，采用超磁致伸缩驱动器和直线轴承，直线轴承安装在同一圆周等分设置在底板上的三个导向直柱的较小端，磁致伸缩棒驱动器安装于底座中心处。其不足在于:
[0004]1、外套电磁线圈外面，体积大，且不易于磁体更换；
[0005]2、运动是摩擦力大，能量损耗高；
[0006]3、磁致伸缩驱动器的输出杆直接穿出隔振平台，整个隔振装置的精度和稳定性差;
[0007]4、磁致伸缩驱动器的输出行程有限，不能满足多种行程要求；
[0008]上述基于超磁致伸缩驱动器的主动隔振装置无法满足现代工业的隔振要求。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，该装置可提供基于弹簧的被动隔振和基于磁致伸缩驱动放大的主动隔振两种方式一体化的精密隔振，隔振效果在多个自由度上对于较宽频带的扰动都有效，是一个融合了驱动系统、传感系统和控制策略的闭环系统。
[0010]为实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的。
[0011]一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上；其中:
[0012]所述驱动放大单元用于实现隔振装置的主动隔振；
[0013]所述被动隔振单元用于实现隔振装置的被动隔振；
[0014]所述锁紧限位装置用于调节隔振装置的静止状态、锁紧状态和平衡状态；
[0015]所述振动传感器用于测量上平台的振动响应；
[0016]所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个。
[0017]优选地，所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。
[0018]优选地，所述上平台为圆角三角形板，所述下平台为圆形板。
[0019]优选地，所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为三个，相应地，所述上平台的矩形槽和螺纹孔分别为三个。
[0020]优选地，三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元之间在对称位置并列放置，具体为:三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元呈正三角形布置，其中，三个所述驱动放大单元分别位于三角形的三条边上，三个所述被动隔振单元分别位于三角形的三个顶点上。
[0021 ] 优选地，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝；其中:
[0022]所述柔性杠杆固定在下平台上，所述输出杆、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、压力传感和预压螺杆由前向后依次接触设置；
[0023]所述柔性杠杆上设有两处薄部形成柔性铰链，可产生较大变形，所述柔性杠杆上还设有两处凸起形成前挡板和后挡板，所述前挡板上开有一个通孔，所述后挡板上开有一个螺纹孔；
[0024]所述输出杆的前端穿过前挡板的通孔，并与柔性杠杆的输入端固连，所述碟簧安置在前挡板与输出杆的后端台阶面之间，能对输出杆产生向后推力；
[0025]所述前磁轭、磁致伸缩棒和后磁轭一起设置于所述电磁线圈的内腔之中；
[0026]所述电磁线圈上方安置有所述辅助磁体，电磁线圈和辅助磁体均嵌在所述前端盖和后端盖之间；
[0027]所述前端盖和后端盖上分别开有一个通孔，所述前磁轭的前端和后磁轭的后端分别从前端盖上的通孔和后端盖上的通孔穿过；
[0028]所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖以及后端盖均安放在所述下壳体之中，所述下壳体固定在柔性杠杆的中部；所述上壳体设置于下壳体的顶部；
[0029]所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板的螺纹孔，并顶在压力传感器后端；
[0030]所述钢丝竖直放置，钢丝的一端固定在柔性杠杆的输出端，钢丝的另一端固定在所述上平台上。
[0031]优选地，所述柔性杠杆的输出端顶部与钢丝底部连接处和柔性杠杆的输入端轴线平齐；所述前磁轭与输出杆的接触面为圆弧面。
[0032]优选地，所述辅助磁体采用电磁线圈或者永磁体。
[0033]优选地，所述驱动放大单元包括如下任一种或任多种推动输出杆运动的方式:
[0034]-调节所述预压螺杆，预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭以及输出杆运动；
[0035]-所述电磁线圈通电后产生磁场，所述磁致伸缩棒在电磁线圈和辅助磁体磁场的共同作用下伸长，在预压螺杆固定的情况下推动前磁轭和输出杆运动；
[0036]在以上两种方式下，所述输出杆压缩碟簧并推动所述柔性杠杆的输入端，柔性杠杆的两处柔性铰链产生变形，最终使柔性杠杆的输出端产生相应运动；所述柔性杠杆的输出端与柔性杠杆的输入端位移比值称为放大系数，所述放大系数由输出杆的长度、柔性铰链位置以及柔性铰链的尺寸决定。
[0037]优选地，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆；其中，所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置于弹簧座与弹簧帽之间，所述调节螺杆的下端顶在弹簧帽的上端凹槽之中，所述调节螺杆的上端螺纹旋进上平台的螺纹孔中。
[0038]优选地，所述调节螺杆的下端为圆头形，相应地，所述弹簧帽的上端凹槽为圆形槽。
[0039]优选地，所述弹簧座内填充有阻尼材料。
[0040]优选地，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片；其中:所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽，所述横槽和竖槽直接垂直相交，限位座的侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔指向所述横槽，限位座的一侧朝上开有阶梯孔；所述横滑块和竖滑块分别设置于所述横槽和竖槽中，并在相应槽中自由往复滑动，所述横滑块和竖滑块之间通过相适配的斜面接触；所述调节螺钉旋进所述限位座侧面的螺纹通孔，调节螺钉的内端顶在横滑块上；所述锁紧螺钉穿过所述阶梯孔，并与上平台固连；所述弹簧薄片水平放置，弹簧薄片的一端与限位座的顶部固连，弹簧薄片的另一端嵌入上平台的矩形槽中并固连。
[0041]优选地，所述锁紧限位装置通过旋转调节螺钉调节竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度，使隔振装置处于不同状态，具体为:
[0042]调节锁紧限位装置的调节螺钉，旋紧时，调节螺钉推动横滑块沿横槽运动，横滑块进而通过斜面推动竖滑块沿竖槽运动；旋松时，竖滑块在重力作用下推动横滑块朝反方向运动。
[0043]优选地，所述磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括被动隔振模式和主动隔振模式；其中:
[0044]-被动隔振模式:被动隔振单元通过压缩弹簧减弱上平台的振动，适用于中高频振动的隔振；
[0045]-主动隔振模式，振动传感器将实时测量的振动响应形 成相应的电流输入至驱动放大单元的电磁线圈，进而使磁致伸缩棒产生相应的伸缩量，磁致伸缩棒的伸缩量经过柔性杠杆放大后由柔性杠杆的输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，该运动与上平台本身的振动相互抵消达到振动控制，适用于低频甚至超低频振动的隔振。
[0046]本实用新型的工作过程及工作原理为:
[0047]当驱动放大单元的柔性杠杆输入端未被推动且柔性杠杆处于自由状态时，上平台与驱动放大单元的钢丝顶端恰好接触且相互间没有力的作用，亦即是，上平台高度与驱动放大单元自由状态下的高度恰好相同，此时上平台完全由所述被动隔振单元和/或锁紧限位装置支撑，这一静止状态称为装置的初始状态。
[0048]磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的被隔振负载(以下简称负载)安装方法叙述如下:在负载安装前，将驱动放大单元末端的钢丝与上平台脱离，将锁紧限位装置的锁紧螺钉从上平台上旋出，将弹性薄片从锁紧限位装置上拆下，调节锁紧限位装置的调节螺钉使竖滑块顶部与上述初始状态的上平台底面等高，调节被动隔振单元的调节螺杆，使上平台处于最高位置并保持水平。将负载小心平稳的安放在上平台上并与其固定，此时所述被动隔振单元的弹簧被压缩，上平台下降。调节被动隔振单元的调节螺杆，使上平台继续下降至初始状态位置，以上平台与竖滑块恰好接触为准。将锁紧限位装置的锁紧螺钉旋进上平台使上平台完全固定在锁紧限位装置上，然后将钢丝与弹性薄片安装在相应位置。至此完成负载的安装和隔振装置的初始状态调整，此时隔振装置处于锁紧状态，可以承受一定范围的冲击振荡，也可将负载取下方便运输，只要下次同样的负载被安装在相同位置即可。
[0049]磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作前的预调节方法叙述如下:在负载已正确安装的前提下，拆下锁紧限位装置的锁紧螺钉，调节锁紧限位装置的调节螺钉使竖滑块下降至上平台底面所允许的最低高度，这一过程中上平台受到被动隔振单元的支撑而位置不发生改变。使所述辅助磁体提供适当强度的磁场，称之为偏置磁场，在这一磁场作用下所述磁致伸缩棒将产生伸长，旋转所述预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭，使前磁轭接触输出杆并推动其运动，此时碟簧受到压缩，磁致伸缩棒受到预压，根据压力传感器的值调节预压螺杆使磁致伸缩棒受到合适的预压力。调节被动隔振单元的调节螺杆，调整上平台水平度和高度，使上平台略低于初始状态为好。此时所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的状态称为平衡状态，这是隔振装置工作时的目标状态。
[0050]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的工作目标是，在负载受到振动干扰(包括从下平台传导而来的底部干扰、环境直接对负载产生的干扰、负载自身产生的振动干扰)时，通过主被动一体的隔振方式使负载保持在上述平衡状态位置，以下叙述其具体工作方式:当负载受到振动干扰时，所述被动隔振单元将通过压缩弹簧减弱上平台的振动，称之为被动隔振，这种隔振方式对中高频振动特别有效。此外，所述振动传感器将会实时测量负载的振动响应，这一信号被控制系统接收后通过合适的控制策略计算将会控制电源产生相应的电流输入给驱动放大单元的电磁线圈，进而使得磁致伸缩棒产生一定量的伸缩，经过柔性杠杆放大后由柔性杠杆的输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，这种方式产生的运动将会与上平台本身的振动相互抵消从而达到振动控制的目的，这种通过外部输入控制负载振动的方式称为主动隔振，它对于低频甚至超低频振动特别有效。无论是被动隔振单元还是驱动放大单元，它们在输出端对上平台产生的都是竖直方向的推拉，这两种单元可以设置多个，并在对称位置并列放置，通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕水平轴的转动共多个方向的运动，亦即是，所述装置在这多个自由度上可产生振动控制作用。当这两种单元各有三个时，通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕两个水平轴的转动共三个方向的运动，亦即是，所述装置在这三个自由度上可产生振动控制作用。
[0051]与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果:
[0052]本实用新型具有驱动精密、无间隙传动、行程放大倍数高、锁紧牢固、承载能力强、稳定性高、集成度高和智能化等特点；上述特点不仅体现在所述装置结构、安装方式和工作原理上，还体现在以下细节:
[0053]1、本实用新型采用可以三角对称的结构(上平台采用圆角三角形板，三个被动隔振单元和三个驱动放大单元之间在对称位置并列放置)，利用最少的单元数量实现了至少三个自由度上的主被动一体隔振。
[0054]2、驱动放大单元在所有关节处都采用了诸如柔性铰链或钢丝这样的柔性结构，避免了普通铰链的间隙造成的影响，有效提高了精度。
[0055]3、驱动放大单元的输出杆和柔性杠杆前挡板之间采用互磨工艺，有效减小了二者相对运动时的摩擦力，减小了能量损耗。
[0056]4、驱动放大单元将辅助磁体旁置，利用前端盖和后端盖作为磁轭连接磁路，相比于现有技术中将辅助磁体做成桶装套在电磁线圈外面的方案，有效减小了装置体积，且易于辅助磁体的更换。
[0057]5、驱动放大单元采用预压螺杆的方式调节磁致伸缩棒受到的预压力，操作方便且省力。在预压螺杆前加装压力传感器，不仅可根据传感器的值精密调节预压力，还可对磁致伸缩棒在工作时受到的压力进行实时监控，这一数据可用于装置的控制，提高精度。
[0058]6、柔性杠杆的长输出杆在后端向下弯折，使柔性杠杆的输出端顶部(与钢丝底部连接处)与柔性杠杆的输入端轴线平齐，这样可以使所述驱动放大单元最终的输出为竖直方向(目标输出方向)，一方面避免了非目标输出方向上的输出位移损耗，另一方面减小了钢丝在工作过程中的变形，提高了所述隔振装置的精度和稳定性。
[0059]7、驱动放大单元的前磁轭前部做成圆弧面与输出杆接触，这样可以有效减小输出杆与前磁轭轴线不重合时产生的轴向以外的相互作用力。同理，所述被动隔振单元的调节螺杆底部做成圆头而弹簧帽顶部有对应圆形凹槽，当调节螺杆随着上平台偏转而偏离竖直方向时，压缩弹簧轴线能够保持竖直。
[0060]8、被动隔振单元的弹簧座较高且内径较大，可在其中填充阻尼材料，增强装置的被动隔振性能。
[0061]9、锁紧限位装置顶部安装了弹性薄片和上平台连接，所述弹性薄片具有一定长度和宽度而厚度很小，在所述装置工作时，它对上平台在竖直方向的平动和绕水平方向的转动的影响可以忽略，却能有效限制上平台绕竖直方向的自转，增强装置稳定性。
[0062]10、隔振装置选用不同刚度所述压缩弹簧可以承受不同重量负载，从几十千克到几百千克不等，承载能力强；选用不同尺寸所述磁致伸缩棒和行程放大倍率可满足不同行程要求，从微米级到毫米级不等。
[0063]11、磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置可用于多种尺寸和重量的精密设备的振动控制和小范围调姿，适用频带宽，稳定性好，在航空航天、光学、遥感、精密制造等领域都有广泛应用前景。
【附图说明】
[0064]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0065]图1为本实用新型整体结构示意图；
[0066]图2为本实用新型放大驱动单元结构示意图；
[0067]图3为本实用新型被动隔振单元结构示意图；
[0068]图4为本实用新型锁紧限位装置结构示意图。
[0069]图中:1为下平台，2为驱动放大单元，3为被动隔振单元，4为锁紧限位装置，5为上平台，6为振动传感器，201为柔性杠杆，202为输出杆，203为碟簧，204为前磁轭，205为前端盖，206为磁致伸缩棒，207为电磁线圈，208为辅助磁体，209为后端盖，210为后磁轭，211为下壳体，212为上壳体，213为压力传感器，214为预压螺杆，215为钢丝，301为调节螺杆，302为弹簧帽，303为压缩弹簧，304 为弹簧座，401为弹性薄片，402为锁紧螺钉，403为竖滑块，404为横滑块，405为调节螺钉，406为限位座。
【具体实施方式】
[0070]下面对本实用新型的实施例作详细说明:本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
[0071]实施例
[0072]本实施例提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器。其中，驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置各有多个，分别固定在上平台与下平台之间。
[0073]进一步地，所述下平台为圆形板(但不仅限于圆形)，用作所述隔振装置的基座。所述上平台为圆角三角形板(但不仅限于圆角三角形)，上平台对应于每个锁紧限位装置的位置开有一个矩形槽，对应于每个被动隔振单元的位置开有一个螺纹孔。所述振动传感器固定在上平台上，可以是位移、速度或加速度传感器，用于测量上平台的振动响应。
[0074]进一步地，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝。所述柔性杠杆固定在下平台上，柔性杠杆上有两处较薄，称之为柔性铰链，可产生较大变形，所述柔性杠杆有两处凸起形成两个挡板，前挡板开有一个通孔，后挡板开有一个螺纹孔。所述输出杆穿过前挡板的通孔，前端与柔性杠杆输入端固连。所述碟簧安置在柔性杠杆前挡板和输出杆后端台阶面之间，能对输出杆产生向后推力。所述磁致伸缩棒夹在所述前磁轭与后磁轭之间，上述三者一起置于所述电磁线圈内腔之中。电磁线圈上方安置有所述辅助磁体，辅助磁体具体可以是电磁线圈或者永磁体，电磁线圈和辅助磁体都嵌在所述前端盖和后端盖之间，前端盖和后端盖各开有一个通孔，分别使前磁轭与后磁轭穿过。以上所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖都安放在所述下壳体之中，下壳体固定在柔性杠杆中部，所述上壳体在下壳体上方，可与其固定。所述压力传感器前端与后磁轭后端固定。所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板螺纹孔，顶在压力传感器后端。所述钢丝竖直放置，一端固定在柔性杠杆输出端，另一端固定在所述上平台上。
[0075]进一步地，所述驱动放大单元有两种方式推动输出杆运动。其一，调节所述预压螺杆，螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭以及输出杆运动。其二，所述电磁线圈在通电后会产生磁场，所述磁致伸缩棒在电磁线圈和辅助磁体磁场的共同作用下会产生伸长，在后端预压螺杆固定的情况下将会推动前端前磁轭和输出杆运动。在以上两种情况下，所述输出杆都会压缩碟簧并推动所述柔性杠杆输入端，柔性杠杆的两处柔性铰链将产生较大变形，最终使输出端产生相应运动，所述柔性杠杆输出端与输入端位移比值称为放大系数，由输出杆长度、柔性铰链位置和尺寸决定。
[0076]进一步地，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆。所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置，置于弹簧座和所述弹簧帽之间，所述调节螺杆下端顶在弹簧帽上端凹槽之中，上端螺纹旋进所述上平台螺纹孔中。
[0077]进一步地，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片。所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽个一条，两个槽垂直相交，限位座侧面开有螺纹通孔指向上述横槽，限位座一侧朝上开有阶梯孔。所述横滑块和竖滑块可以在相应槽中自由往复滑动，两滑块通过斜面相互接触。所述调节螺钉旋进所述限位座侧面螺纹孔，螺钉前端顶在横滑块上。所述锁紧落定穿过所述阶梯孔，可旋进所述上平台与其固连。所述弹簧薄片水平放置，一端与限位座顶部固连，另一端嵌入所述上平台矩形槽中与其固连。
[0078]进一步地，调节所述锁紧限位装置的调节螺钉，旋紧时，锁紧螺钉将会推动横滑块沿横槽运动，横滑块进而通过斜面推动竖滑块沿竖槽运动；旋松时，竖滑块将在重力作用下推动横滑块朝反方向运动。亦即是，旋转调节螺钉可以使竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度，使隔振装置处于不同状态。
[0079]下面结合附图，以“三自由度”为例，对本实施例进一步描述。
[0080]如图1所示，本实用新型的磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置包括下平台1、三个驱动放大单元2、三个被动隔振单元3、三个锁紧限位装置4、上平台5以及振动传感器6，其中，振动传感器6固定在上平台5上。
[0081]如图2所示，本实用新型的驱动放大单元2包括柔性杠杆201、输出杆202、碟簧203、前磁轭204、前端盖205、磁致伸缩棒206、电磁线圈207、辅助磁体208、后端盖209、后磁轭210、下壳体211、上壳体212、压力传感器213、预压螺杆214和钢丝215，其中柔性杠杆201底部固定在下平台I上，钢丝215顶部固定在上平台5上。输出杆202穿过柔性杠杆201前挡板通孔，预压螺杆214旋进柔性杠杆201后挡板螺纹孔，磁致伸缩棒206置于电磁线圈207内腔中，电磁线圈207和辅助磁体208 —同嵌入前端盖205和后端盖209凹槽中并一起放在下壳体211中，前端盖205、后端盖209和下壳体211都开有通孔供前磁轭204和后磁轭210穿过。施加预紧力时，由预压螺杆214依次推动压力传感器213、后磁轭210、磁致伸缩棒206、前磁轭204和输出杆202，并挤压碟簧203，装置正常工作时，上述零件保持相互挤压的状态。
[0082]如图3所示，本实用新型的被动隔振单元3包括调节螺杆301、弹簧帽302、压缩弹簧303和弹簧座304，其中弹簧座304固定在下平台I上，调节螺杆301通过螺纹与上平台5相连。将负载安装在上平台5上时，调节螺杆301会推动弹簧帽302挤压压缩弹簧303使其压缩承载。
[0083]如图4所示，本实用新型的锁紧限位装置4包括弹性薄片401、锁紧螺钉402、竖滑块403、横滑块404、调节螺钉405和限位座406，其中限位座406固定在下平台I上，弹性薄片401 —端固定在限位座406顶部，一端固定在上平台5的对应凹槽中。竖滑块403和横滑块404分别置于限位座406中对应的竖槽和横槽之中，调节螺钉405旋进限位座406对应螺纹孔中并顶住横滑块404。调节螺钉405向里旋时，推动横滑块404右移，进而推动竖滑块403上移；调节螺钉405向外旋时，竖滑块403在重力作用下下移，同时推动横滑块404左移。当装置需要锁紧时，将锁紧螺钉402旋入上平台5对应螺纹孔中。
[0084]当所述三个驱动放大单元的柔性杠杆输入端未被推动且柔性杠杆处于自由状态时，上平台与所述三个驱动放大单元的钢丝顶端恰好接触且相互间没有力的作用，亦即是，上平台高度与驱动放大单元自由状态下的高度恰好相同，此时上平台完全由所述被动隔振单元和/或锁紧限位装置支撑，这一静止状态称为装置的初始状态。
[0085]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的被隔振负载(以下简称负载)安装方法叙述如下:在负载安装前，将所述三个驱动放大单元末端的钢丝与上平台脱离，将所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉从上平台上旋出，将所述三个弹性薄片从装置上拆下，调节所述三个调节螺钉使竖滑块顶部与上述初始状态的上平台底部等高，调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，使上平台处于最高位置并保持水平。将负载小心平稳的安放在所述装置上平台上并与其固定，此时所述被动隔振单元的弹簧被压缩，上平台下降。调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，使上平台继续下降至初始状态位置，以上平台与三个竖滑块恰好接触为准。将所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉旋进上平台使上平台完全固定在三个锁紧限位装置上，然后将所述钢丝与弹性薄片安装在相应位置 。至此完成负载的安装和隔振装置的初始状态调整，此时装置处于锁紧状态，可以承受一定范围的冲击振荡，也可将负载取下方便运输，只要下次同样的负载被安装在相同位置即可。
[0086]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作前的预调节方法叙述如下:在负载已正确安装的前提下，拆下所述三个锁紧限位装置的锁紧螺钉，调节所述调节螺钉使竖滑块下降至上平台底部所允许的最低高度，这一过程中上平台受到所述三个被动隔振单元的支撑而位置不发生改变。使所述辅助磁体提供适当强度的磁场，称之为偏置磁场，在这一磁场作用下所述磁致伸缩棒将产生伸长，旋转所述预压螺杆依次推动所述压力传感器、后磁轭、磁致伸缩棒、前磁轭，使前磁轭接触输出杆并推动其运动，此时碟簧受到压缩，磁致伸缩棒受到预压，根据压力传感器的值调节预压螺杆使磁致伸缩棒受到合适的预压力。调节所述三个被动隔振单元的调节螺杆，调整上平台水平度和高度，使上平台略低于初始状态为好。此时所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置的状态称为平衡状态，这是装置工作时的目标状态。
[0087]所述磁致伸缩驱动主被动一体三自由度精密隔振装置工作目标是，在负载受到振动干扰(包括从下平台传导而来的底部干扰、环境直接对负载产生的干扰、负载自身产生的振动干扰)时，通过主被动一体的隔振方式使负载保持在上述平衡状态位置，以下叙述其具体工作方式。当负载受到振动干扰时，所述三个被动隔振单元将通过压缩弹簧减弱上平台的振动，称之为被动隔振，这种隔振方式对中高频振动特别有效。此外，所述振动传感器将会实时测量负载的振动响应，这一信号被控制系统接收后通过合适的控制策略计算将会控制电源产生相应的电流输入给所述三个驱动放大单元的电磁线圈，进而使得磁致伸缩棒产生一定量的伸缩，经过柔性杠杆放大后由输出端输出，再通过钢丝带动上平台产生相应运动，这种方式产生的运动将会与上平台本身的振动相互抵消从而达到振动控制的目的，这种通过外部输入控制负载振动的方式称为主动隔振，它对于低频甚至超低频振动特别有效。无论是被动隔振单元还是驱动放大单元，它们在输出端对上平台产生的都是竖直方向的推拉，这两种单元各有三个，且是对称位置并列放置，因此通过协调作用可使上平台产生竖直方向的平动和绕两个水平轴的转动共三个方向的运动，亦即是，所述装置在这三个自由度上可产生振动控制作用。
[0088]以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
【主权项】
1.一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上; 所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个； 所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述上平台采用圆角三角形板，所述下平台采用圆形板； 所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为三个，相应地，所述上平台的矩形槽和螺纹孔分别为三个； 三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元之间在对称位置并列放置，具体为:三个所述被动隔振单元和三个所述驱动放大单元呈正三角形布置，其中，三个所述驱动放大单元分别位于三角形的三条边上，三个所述被动隔振单元分别位于三角形的三个顶点上。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述驱动放大单元包括柔性杠杆、输出杆、碟簧、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖、后端盖、上壳体、下壳体、压力传感器、预压螺杆以及钢丝；其中: 所述柔性杠杆固定在下平台上，所述输出杆、前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、压力传感和预压螺杆由前向后依次接触设置； 所述柔性杠杆上设有两处薄部形成柔性铰链，所述柔性杠杆上还设有两处凸起形成前挡板和后挡板，所述前挡板上开有一个通孔，所述后挡板上开有一个螺纹孔； 所述输出杆的前端穿过前挡板的通孔，并与柔性杠杆的输入端固连，所述碟簧安置在前挡板与输出杆的后端台阶面之间； 所述前磁轭、磁致伸缩棒和后磁轭一起设置于所述电磁线圈的内腔之中； 所述电磁线圈上方安置有辅助磁体，电磁线圈和辅助磁体均嵌在所述前端盖和后端盖之间； 所述前端盖和后端盖上分别开有一个通孔，所述前磁轭的前端和后磁轭的后端分别从前端盖上的通孔和后端盖上的通孔穿过； 所述前磁轭、磁致伸缩棒、后磁轭、电磁线圈、辅助磁体、前端盖以及后端盖均安放在所述下壳体之中，所述下壳体固定在柔性杠杆的中部；所述上壳体设置于下壳体的顶部； 所述预压螺杆旋进柔性杠杆后挡板的螺纹孔，并顶在压力传感器后端； 所述钢丝竖直放置，钢丝的一端固定在柔性杠杆的输出端，钢丝的另一端固定在所述上平台上。4.根据权利要求3所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述柔性杠杆的输出端顶部与钢丝底部连接处和柔性杠杆的输入端轴线平齐；所述前磁轭与输出杆的接触面为圆弧面。5.根据权利要求3所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述被动隔振单元包括弹簧座、压缩弹簧、弹簧帽和调节螺杆；其中，所述弹簧座固定在所述下平台上，所述压缩弹簧竖直放置于弹簧座与弹簧帽之间，所述调节螺杆的下端顶在弹簧帽的上端凹槽之中，所述调节螺杆的上端螺纹旋进上平台的螺纹孔中。6.根据权利要求5所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述调节螺杆的下端为圆头形，相应地，所述弹簧帽的上端凹槽为圆形槽；所述弹簧座内填充有阻尼材料。7.根据权利要求1所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述锁紧限位装置包括限位座、横滑块、竖滑块、调节螺钉、锁紧螺钉和弹簧薄片；其中:所述限位座固定在所述下平台上，限位座中开有横槽和竖槽，所述横槽和竖槽直接垂直相交，限位座的侧面开有螺纹通孔，所述螺纹通孔指向所述横槽，限位座的一侧朝上开有阶梯孔；所述横滑块和竖滑块分别设置于所述横槽和竖槽中，并在相应槽中自由往复滑动，所述横滑块和竖滑块之间通过相适配的斜面接触；所述调节螺钉旋进所述限位座侧面的螺纹通孔，调节螺钉的内端顶在横滑块上；所述锁紧螺钉穿过所述阶梯孔，并与上平台固连；所述弹簧薄片水平放置，弹簧薄片的一端与限位座的顶部固连，弹簧薄片的另一端嵌入上平台的矩形槽中并固连。8.根据权利要求7所述的磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，其特征在于，所述锁紧限位装置通过旋转调节螺钉调节竖滑块上下移动至不同高度，进而调节上平台的水平度和高度。
【专利摘要】本实用新型提供了一种磁致伸缩驱动主被动一体多自由度精密隔振装置，包括上平台、驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置、下平台和振动传感器；所述驱动放大单元、被动隔振单元和锁紧限位装置分别固定在上平台与下平台之间；所述振动传感器设置于上平台上；所述驱动放大单元、被动隔振单元、锁紧限位装置分别为多个；所述上平台的外边缘上等间距开有矩形槽，所述矩形槽的数量与锁紧限位装置的数量一致；所述上平台的台面上等间距开有螺纹孔，所述螺纹孔的数量与被动隔振单元的数量一致。本实用新型具有驱动精密、无间隙传动、行程放大倍数高、锁紧牢固、承载能力强、稳定性高、集成度高和智能化等特点。
【IPC分类】F16F15/04
【公开号】CN204704312
【申请号】CN201520320765
【发明人】杨斌堂, 牛牧青, 杨诣坤, 孟光
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月18日
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