專利名稱：球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座。用于航天遙感、衛(wèi)星“三遙” 技術(shù)(遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù))和衛(wèi)星通信的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
天線座一般有天線座支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)軸系及傳動(dòng)裝置、饋線和線纜纏繞裝置、數(shù)據(jù) 檢測(cè)傳遞裝置和安全保護(hù)裝置組成。目前，世界上公知的航天遙感、衛(wèi)星“三遙”技術(shù)(遙感、遙測(cè)、遙控技術(shù))所采用 經(jīng)典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天線，俯仰-方位型天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無 法“過頂”連續(xù)跟蹤的“盲錐”區(qū)域，盲錐區(qū)域的大小(即盲錐的錐頂角)取決于天線與飛 行器的距離和飛行器水平飛行速度。對(duì)低軌遙感天線至今尚未圓滿解決“過頂”連續(xù)跟蹤 的問題。先引入一個(gè)天線跟蹤“盲錐區(qū)”的概念，經(jīng)典的俯仰-方位型天線座在跟蹤目標(biāo) 時(shí)，天線方位角速度β = V/(R*cos O (式中V為目標(biāo)飛行的水平速度；R為天線到目標(biāo) 的直線距離；ε為天線仰角；β為天線方位角速度)，當(dāng)目標(biāo)從天線天頂附近通過時(shí)，仰角 ε —90°，cos ε —0，β ―。但電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率是有限的，天線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度也是有限 的，在一定的驅(qū)動(dòng)功率下，天線只能跟蹤某一仰角以下的目標(biāo)，在俯仰-方位型天線天頂附 近存在無法連續(xù)跟蹤的“盲錐區(qū)”。目前，工程實(shí)際中俯仰-方位型(EL-AZ型)天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無法 “過頂”連續(xù)跟蹤的“盲錐”區(qū)域，無法采用經(jīng)典的俯仰-方位型天線實(shí)現(xiàn)在天線天頂位置 “過頂”連續(xù)跟蹤。只能選擇避開衛(wèi)星運(yùn)行軌道經(jīng)過天線天頂?shù)牡胤浇ㄔ煨l(wèi)星地面站天線。傳統(tǒng)經(jīng)典的遙感遙測(cè)低軌衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)一般采用俯仰_方位型(EL-AZ型)天線 座，其存在過頂“盲錐區(qū)”，俯仰_方位型天線無法在衛(wèi)星過頂“盲錐區(qū)”空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星， 實(shí)現(xiàn)信號(hào)不間斷連續(xù)工作的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服已有技術(shù)存在的問題，提供一種球面三自由度并聯(lián)機(jī) 構(gòu)天線座，實(shí)現(xiàn)無過頂“盲區(qū)”的連續(xù)跟蹤天線系統(tǒng)，圓滿解決天線在半球工作空域(方位 ΑΖ:0° 360°，俯仰EL:0° 90° )或半球工作空域以上(俯仰角低于水平面以下)連 續(xù)跟蹤(假設(shè)水平面EL = 0° )，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)和數(shù)據(jù)不間斷連續(xù)工作的需求。由于求解 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反解便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺服控制。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的構(gòu)思是利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、速 度快、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕和控制便捷等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反 解求解便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺服控制。應(yīng)用于遙感遙測(cè)低軌衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。采用空間球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為天線座架，采用空間三套驅(qū)動(dòng)裝置 通過上、下園弧支架分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)上、下兩個(gè)平臺(tái)構(gòu)成空間球面三自由度機(jī)構(gòu)，構(gòu)成 球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座架。上平臺(tái)通過法蘭接口與各種形式的天線反射體聯(lián)結(jié)，下平臺(tái)與地基固定，也可以與其他載體(如車輛、艦船和飛行器等骨架)聯(lián)結(jié)構(gòu)成機(jī)動(dòng)天線 系統(tǒng)。通過對(duì)空間球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的空間機(jī)構(gòu)分析、綜合和理論推導(dǎo)，合理選取三套 上、下園弧支架的園弧半徑、園弧支架轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線夾角α和上、下平臺(tái)的空間分布位姿β 角(β角為上、下平臺(tái)與上、下園弧支架聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與鉛垂線的夾角)，解決大范圍轉(zhuǎn) 動(dòng)角度運(yùn)動(dòng)位置無奇異位問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、遙感遙測(cè)天線半球空域連續(xù)跟蹤天線結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)。該實(shí)用新型與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成的天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、運(yùn)載火箭 等飛行器有效空域的遙測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)，圓滿解決過頂跟蹤“盲區(qū)”問題，實(shí)現(xiàn)“過頂”連續(xù)跟 蹤的天線系統(tǒng)。根據(jù)上述實(shí)用新型構(gòu)思，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，包括上平臺(tái)、下平臺(tái)和上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)，其 特征在于所述上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)是一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。所述球面三自由度并聯(lián)機(jī) 構(gòu)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)支路機(jī)構(gòu)組成；每個(gè)所述支路機(jī)構(gòu)含有一根上園弧形支架和一根下園 弧形支架。所述上平臺(tái)與所述上園弧形支架之間、所述上園弧形支架與所述下園弧形支架 之間、以及所述下園弧形支架與下平臺(tái)之間，分別通過三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈連接，一個(gè)電機(jī)直接 聯(lián)結(jié)或者通過一個(gè)變速器聯(lián)結(jié)到所述下園弧形支架與下平臺(tái)之間的回轉(zhuǎn)軸上。所述三個(gè)支 路機(jī)構(gòu)共度九個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的回轉(zhuǎn)軸線均通過同一個(gè)球心。由3條相同的支路構(gòu)成。上述天線座的上、下兩個(gè)平臺(tái)聯(lián)結(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)副位置相隔120°分別均勻分布，轉(zhuǎn)動(dòng)副 中心點(diǎn)分布成正三角形。每條支路3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，3條支路共9個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線均匯交于 同一球心，上、下兩個(gè)平臺(tái)相互平行安裝。上述的上平臺(tái)與天線反射體固定連接，所述下平臺(tái)與地基機(jī)架或天線載體機(jī)架連接。本實(shí)用新型的有益效果是可以圓滿地解決經(jīng)典的俯仰_方位型(EL-AZS)天線 在天線過天頂“盲錐區(qū)”空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、衛(wèi)星遙感遙測(cè)信號(hào)和衛(wèi)星 通信信號(hào)和信息不間斷連續(xù)工作的需求。而且同樣口徑、技術(shù)指標(biāo)的天線，本實(shí)用新型天線 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的重量明顯低于經(jīng)典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天線重量，尤其在大口徑天線時(shí) 更加明顯，僅為俯仰-方位型(EL-AZS)天線重量的70%-50%，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。

圖1是本實(shí)用新型的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座與天線反射體的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2是圖1所示天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線水平指平姿態(tài)示意圖。圖3是圖1所示天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線指向低于水平面姿態(tài)示意圖。圖4是本實(shí)用新型的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的俯視圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖說明如下實(shí)施例一參見圖1、圖2和圖3，本球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，包括上平臺(tái)3、 下平臺(tái)8和上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)，所述上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)是一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2。在圖1示出球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2與天線反射體1在天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的聯(lián)結(jié)關(guān)系。參見圖 2示出六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2與天線反射體1組成天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在天線水平指平姿態(tài)。參見 圖3示出六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2與天線反射體1組成天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在天線指向低于水平面姿 態(tài)。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下參見圖4和圖5，所述球 面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)支路機(jī)構(gòu)組成；每個(gè)所述支路機(jī)構(gòu)含有一根上園 弧形支架4和一根下園弧形支架5。所述上平臺(tái)3與所述上園弧形支架4之間、所述上園弧 形支架4與所述下園弧形支架5之間、以及所述下園弧形支架5與下平臺(tái)8之間，分別通過 三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈連接，一個(gè)電機(jī)6直接聯(lián)結(jié)或者通過一個(gè)變速器7聯(lián)結(jié)到所述下園弧形支 架5與下平臺(tái)8之間的回轉(zhuǎn)軸上。三個(gè)支路機(jī)構(gòu)共有九個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的回轉(zhuǎn)軸線均匯交于同一 球心。所述上平臺(tái)3和下平臺(tái)8分別與所述上園弧形支架4、下園弧形支架5連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副 中心點(diǎn)位置分布均為正三角形，該上、下兩正三角形位置相同或相差某一相同角度，且相互 平行安裝。伺服控制系統(tǒng)根據(jù)跟蹤要求指令伺服電機(jī)6分別直接驅(qū)動(dòng)或通過變速器7，驅(qū)動(dòng) 下園弧形支架5、上園弧形支架4和上平臺(tái)3實(shí)現(xiàn)天線系統(tǒng)指向所需跟蹤的衛(wèi)星或飛行器， 由饋源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)、信息交換或接收。參見圖1、圖2和圖3，本球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2通過上平臺(tái)3與天線反射體1 聯(lián)結(jié)固定，可以通過定位結(jié)構(gòu)加緊固件聯(lián)結(jié)，也可以用焊接方式聯(lián)結(jié)。上述的變速器7及其伺服電機(jī)6可以由伺服電機(jī)通過擺線傳動(dòng)、行星傳動(dòng)等變速 器驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，也可以由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使得下園弧形支架5按要求作轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)上園 弧形支架4和上平臺(tái)3作空間球面三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，包括上平臺(tái)(3)、下平臺(tái)(8)和上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)，其特征在于所述上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)是一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，其特征在于所述其特征在于 所述球面三自由度機(jī)構(gòu)(2)由結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)支路機(jī)構(gòu)組成；每個(gè)所述支路機(jī)構(gòu)含有一根 上園弧形支架(4)和一根下園弧形支架(5)，所述上平臺(tái)(3)與所述上園弧形支架(4)之 間、所述上園弧形支架(4)與所述下園弧形支架(5)之間、以及所述下園弧形支架(5)與下 平臺(tái)(8)之間，分別通過三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈連接，一個(gè)電機(jī)(6)直接聯(lián)結(jié)或者通過一個(gè)變速器 (7)聯(lián)結(jié)到所述下園弧形支架(5)與下平臺(tái)(8)之間的回轉(zhuǎn)軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，其特征在于三個(gè)支路機(jī)構(gòu)共 有九個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的回轉(zhuǎn)軸線均匯交于同一球心。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，其特征在于所述上平臺(tái)(3) 和下平臺(tái)(8)分別與所述上園弧形支架(4)、下園弧形支架(5)連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心點(diǎn)位置分 布均為正三角形，該上、下兩正三角形位置相同或相差某一相同角度，且相互平行安裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座，其特征在于所述上平臺(tái)(3) 與天線反射體(1)固定連接，所述下平臺(tái)(8)與地基或機(jī)架(9)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座。它包括上平臺(tái)、下平臺(tái)和上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)，該上下平臺(tái)連接機(jī)構(gòu)是一種球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型能圓滿解決獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器的遙感遙測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)，提供天線安裝平臺(tái)使天線實(shí)現(xiàn)“過頂”空域連續(xù)跟蹤，達(dá)到半球工作空域或半球以上工作空域。
文檔編號(hào)H01Q1/12GK201699121SQ20102022669
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者劉亮, 李宇, 楊明德, 沈龍, 羅勝, 龔振邦 申請(qǐng)人:上海大學(xué);上海創(chuàng)投機(jī)電工程有限公司