光电平台无角位移减振机构运动分析

　　1　引言

　　光电平台在工作中除了受到平台内部调焦、俯仰等因素引起的振动的影响外,还受到空气动力、载体姿态变化等外界环境影响。各种振动通过连接构件传递到平台基座,引起平台环架及台体的振动。当光电平台与载体相联各点的振动相位与振幅不一致时,光学视轴发生角位移,影响光学系统的成像质量。载体的振动是无法避免的,只能采取有效的减振措施对振动进行衰减[1~3]。本文在分析角振动对成像质量影响的基础上,应用空间机构学原理和减振理论设计了一种既能满足隔振效率又能控制角位移产生的减振机构。

　　2　角位移对成像的影响

　　由于线位移对成像质量影响较小,本文主要分析角位移对成像质量的影响。根据简图1并利用三角公式,写出如下表达式:

　　由式(2)可以得出:当焦距f一定时,dX随着入射角α的增大而增大;当物点入射角α一定时,dX随着焦距f的增大而增大。

　　把视轴的角度变化量,折合到像面上的线位移量,可以看出,相机的焦距越长,受到角振动的影响越大;如果光电平台在工作中产生的角位移越大,则像面上的线位移量越大,成像质量越差。因此,为了获得清晰的成像质量,需要设计一套既有减振能力同时也具备抑制角位移功能的减振机构[1,3]。

　　3　无角位移减振机构的设计原理及运动特性分析

　　3.1　无角位移减振机构的设计原理

　　依据光电平台的工作环境和角位移对成像质量的影响,应用减振理论和空间机构学原理设计一种无角位移减振机构。减振机构主要利用平行四边形机构的平动原理,把角位移转化为线位移,并利用减振元件对线振动进行衰减,从而达到无角位移减振的作用[4]。减振机构主要由基座平台、运动平台、三条运动链及减振元件组成,其中运动链主要由常用的运动副和杆件构成。运动链的两端分别连接在基座平台和运动平台上,每条运动链中都包含一个平行四边形机构。在运动平台与基座平台之间,对称布置四个参数、性能相同的减振元件来隔离光电平台所受到的振动影响。三条运动链用来防止运动平台在工作中相对基座平台的倾斜,并且减小由四个减振元件效率不一致等原因造成的角振动。

　　3.2　减振机构运动特性分析[5,6]

　　减振机构由三条支路组成,图2为其中一条单支路的简单示意图,每条支路主要由平行四边形机构、杆件及运动副组成。设计运动副Pi使其满足杆件Mi1Mi2相对于基座平台平动。建立如图2所示的定坐标系,设Mij和Nij在定坐标系中的坐标分别为:i=1,2,3; j=1,2。由于Mij、Nij两点通过杆件MijNij连接,所以Mij、Nij两点之间的距离始终等于杆件MijNij的长度。因此,可列出下列约束方程