1.本发明涉及一种多自由度作动器，属于微振动模拟与抑制领域。
背景技术：2.卫星在轨运行状态下，星载部件由于受其运动的影响会产生扰动，这种扰动会沿着整星的传力路径传递到卫星主载荷相机上，相机的镜头随之发生抖动，从而导致相机的成像质量下降。卫星姿态扰动包括俯仰、偏航、横滚，每一种扰动对相机成像都会产生一定的影响。
3.卫星在轨工作状态实际是多方向扰振共同作用，单一方向作用下的扰动会导致图像像元产生位错导致成像质量下降，当六自由度方向的扰振同时作用时，这种像元错位更为严重，受到这种混合作用的影响图像视场变得更加模糊不清。
4.因此，真正解决相机因振动导致成像质量下降问题的根本途径是同时抑制多个方向的扰动。
技术实现要素：5.本发明针对主动抑振装置的多自由度输出能力这一问题，提出一种多自由度作动器，能够输出宽频的单向力和两个正交方向的力矩，同时结构紧凑，便于安装固定。
6.本发明通过以下技术方案实现。
7.一种多自由度作动器，包括：壳体、电路模块、线圈组件、质量块1、顶板、簧片组件、质量块2、磁钢组件、信号接口模块；
8.所述顶板固定在壳体上方，与壳体共同组成装置的外壳；所述电路模块固定在壳体内侧底部；所述线圈组件均布在电路模块上方，接收电路模块提供的电信号；所述簧片组件一端固定在顶板的下表面，另一端与所述质量块1和质量块2的上表面相连；所述磁钢组件与所述质量块1和质量块2固连，并且嵌套在线圈组件内，二者之间同轴且留有间隙，可相对运动；所述信号接口模块固定在电路模块上，作为装置的标准接口，接收施加的控制信号，使装置产生振动。
9.本发明的有益效果：
10.1、本发明作动器内有两套正交布置的低谐振频率的弹簧质量系统，每套弹簧质量系统可以输出单向力和力矩，组合之后输出宽频的单向力和两个正交方向的力矩，结构紧凑；
11.2、本发明采用成对的簧片组件组成x构型，结合板簧的结构特点，质量块在沿着x构型的竖轴方向以及绕中心法线的转动方向具有低刚度，其余方向具有高刚度，低刚度方向与弹簧质量系统的平动和转动振动方向一致，在高刚度方向簧片组件可以产生良好的位移约束；
12.3、本发明具有可扩展性，通过相应的增加两组线圈和磁钢，这样力和力矩的输出点增加，隔振能力进一步增强；
13.4、本发明的两套弹簧质量系统之间留有间隙，质量块平动和转动互不影响。
附图说明
14.图1为本发明多自由度作动器结构示意图，其中：壳体(1)、电路模块(2)、线圈组件(3)、质量块1(4)、顶板(5)、簧片组件(6)、质量块2(7)、磁钢组件(8)、信号接口模块(9)；
15.图2为两套正交布置的弹簧质量系统的结构示意图，其中：质量块1(4)、质量块2(7)以及簧片组件1～4(6_1～6_4)。
具体实施方式
16.下面结合参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
17.如图1所示，本发明的一种多自由度作动器，包括：壳体、电路模块、线圈组件、质量块1、顶板、簧片组件、质量块2、磁钢组件、信号接口模块；
18.所述顶板固定在壳体上方，与壳体共同组成装置的外壳；所述电路模块固定在壳体内侧底部；所述线圈组件均布在电路模块上方，接收电路模块提供的电信号；所述簧片组件一端固定在顶板的下表面，另一端与所述质量块1和质量块2的上表面相连；所述磁钢组件与所述质量块1和质量块2固连，并且嵌套在线圈组件内，二者之间同轴且留有间隙，可相对运动；所述信号接口模块固定在电路模块上，作为装置的标准接口，接收施加的控制信号，使装置产生振动。
19.本实施例中，所述质量块1和质量块2之间留有间隙，二者可独立振动，互不影响；所述质量块1和质量块2与簧片组件构成两套独立的弹簧质量系统。
20.本实施例中，所述磁钢组件沿着质量块1和质量块2的长边方向布置多组，同一质量块上的磁钢组件同相位振动时，质量块产生微幅平动，同一质量块上的磁钢组件反相位振动时，质量块微幅转动；这样两套弹簧质量系统均可产生平动和转动型式的振动，平动方向一致，转动方向正交，进而输出多自由度振动。
21.本实施例中，所述簧片组件材料为弹簧钢，采用v型中空板簧的结构外形，位于质量块1、质量块2与顶板之间，且成对布置在每个质量块两端；这一结构具有结构紧凑，行程大，刚度低的优势，由于成对的簧片组件组成x构型，结合板簧的结构特点，质量块在沿着x构型的竖轴方向以及绕中心法线的转动方向具有低刚度，其余方向具有高刚度，低刚度方向与弹簧质量系统的平动和转动振动方向一致，在高刚度方向簧片组件可以产生良好的位移约束，而质量块1和质量块2用作弹簧质量系统的调谐组件，质量块与低刚度簧片共同作用，使装置具有较低的谐振频率。
22.本实施例中，所述磁钢组件固定在所述质量块的盲孔中，为实心结构，所述线圈嵌套在磁钢组件与质量块盲孔之间，三部分之间均在侧壁有间隙；这一结构可以看出，与质量块相对应的线圈组件可以产生同向或者反向的激励效果，带动质量块平动或转动，质量块平动行程由线圈组件顶部与质量块盲孔底部的间隙决定，线圈组件与盲孔和磁钢组件的侧向间隙和嵌套段的长度决定了质量块转动行程。
23.本发明的多自由度作动器实现高性能的抑振和激振的工作原理为：根据线圈组件
与上方两套弹簧质量系统的嵌套关系，将电路模块上的线圈组件分为独立的两组，电路模块具备振动测试和信号分发功能，信号接口模块提供通信和供电接口，电路模块分发控制信号给两组线圈组件，低谐振频率的特性保证了装置宽频快速响应能力，当装置根据外界信号进行开环振动输出时，对应激振模式，当装置根据自身或外界信号进行闭环振动输出时，对应抑振模式，从而实现高性能激振和抑振。
24.如图2所示，质量块1和簧片组件1、簧片组件3组成第一套弹簧质量系统，质量块2和簧片组件2、簧片组件4组成第二套弹簧质量系统，两套系统之间留有间隙；可以看出，质量块平动和转动互不影响。下面以第一套弹簧质量系统为例，簧片组件1和簧片组件3沿着质量块1的中轴线布置，并且相对质量块2的中轴线对称，簧片组件1和簧片组件3在两个质量块中轴线组成的平面法线方向具有较低刚度，在其余方向刚度高，可以为质量块1提供边界约束。
25.在具体实施时，本发明还具有可扩展性，例如再增加一组弹簧质量系统，即图2可以扩展成米字型，相应的增加两组线圈和磁钢，这样装置的力和力矩的输出点增加，隔振能力进一步增强。
26.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种多自由度作动器，其特征在于，包括：壳体、电路模块、线圈组件、质量块1、顶板、簧片组件、质量块2、磁钢组件、信号接口模块；所述顶板固定在壳体上方，与壳体共同组成装置的外壳；所述电路模块固定在壳体内侧底部；所述线圈组件均布在电路模块上方，接收电路模块提供的电信号；所述簧片组件一端固定在顶板的下表面，另一端与所述质量块1和质量块2的上表面相连；所述磁钢组件与所述质量块1和质量块2固连，并且嵌套在线圈组件内，二者之间同轴且留有间隙，可相对运动；所述信号接口模块固定在电路模块上，作为装置的标准接口，接收施加的控制信号，使装置产生振动。2.如权利要求1所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述质量块1和质量块2之间留有间隙，二者独立振动，互不影响。3.如权利要求2所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述磁钢组件沿着质量块1和质量块2的长边方向布置多组，同一质量块上的磁钢组件同相位振动时，质量块产生微幅平动，同一质量块上的磁钢组件反相位振动时，质量块微幅转动。4.如权利要求1或2或3所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述簧片组件材料为弹簧钢，采用v型中空板簧的结构外形，位于质量块1、质量块2与顶板之间，且成对布置在每个质量块两端。5.如权利要求1或2或3所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述磁钢组件固定在所述质量块的盲孔中，为实心结构，所述线圈嵌套在磁钢组件与质量块盲孔之间，三部分之间均在侧壁有间隙。6.如权利要求1或2或3所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述质量块1和簧片组件1、簧片组件3组成第一套弹簧质量系统，所述质量块2和簧片组件2、簧片组件4组成第二套弹簧质量系统，两套系统之间留有间隙。7.如权利要求1或2或3所述的一种多自由度作动器，其特征在于，所述作动器可扩展。
技术总结本发明提出一种多自由度作动器，能够输出宽频的单向力和两个正交方向的力矩，同时结构紧凑便于安装固定。包括：壳体、电路模块、线圈组件、质量块1、顶板、簧片组件、质量块2、磁钢组件、信号接口模块；所述顶板固定在壳体上方，与壳体共同组成装置的外壳；所述电路模块固定在壳体内侧底部；所述线圈组件均布在电路模块上方，接收电路模块提供的电信号；所述簧片组件一端固定在顶板的下表面，另一端与所述质量块1和质量块2的上表面相连；所述磁钢组件与所述质量块1和质量块2固连，并且嵌套在线圈组件内，二者之间同轴且留有间隙，可相对运动；所述信号接口模块固定在电路模块上，作为装置的标准接口，接收施加的控制信号，使装置产生振动。使装置产生振动。使装置产生振动。
技术研发人员：王光远 张华 余快 刘飞虎 吴蓓蓓 王栋 吴永胜 高行素 葛萌
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
