CN102290630B - 一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构 - Google Patents
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Abstract
一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构，包括馈源舱主体，中间支架串联于馈源舱主体下方，Stewart并联机构与中间支架串联，Stewart并联机构的静平台和动平台通过六条第五伸缩驱动支链连接；第二旋转轴的两侧对称配置有两个伸缩驱动支链，其固定端安装于馈源舱主体，伸缩端与中间支架相连，第一旋转轴的两侧对称配置有两个伸缩驱动支链，其固定端安装在中间支架上，伸缩端与Stewart并联机构的静平台相连，十条伸缩驱动支链实现Stewart并联机构动平台的大角度转动和精确定位，能够承受重载，完成大角度调整和精确定位，保证天文观测角度的要求和证踪精度，同时，使其具有冗余驱动、紧凑性、互换性和高可靠性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种大射电望远镜馈源接收舱结构，特别涉及一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构。
背景技术
射电望远镜用以接收宇宙天体发出的各种波段的无线电信号，进而研究天体的物理、化学性质，它作为一种无线电信号探测仪器，是射电天文学的主要研究工具。
与光学望远镜不同，射电望远镜由天线和接收系统两大部分组成。天线的作用是把微弱的宇宙无线电信号收集起来，通过一个反射面把信号都集中反射到接收装置。天线种类很多，最常用的是抛物面天线。其口径的大小直接关系着分辨率的大小，是影响射电望远镜性能的关键因素。于是世界各地射电天文学家致力于研究大口径的射电望远镜，以便更好的探索奥妙无穷的宇宙。
中科院国家天文台提出了在我国西南贵州省利用喀斯特地貌形成的漏斗地形，建造口径为500m的大型射电望远镜，称为FAST(Fivehundred meter Aperture Spherical Telescope)望远镜。FAST将主要由两个重要部分组成：抛物反射面和馈源接收机构。FAST馈源接收机构中的馈源接收舱由悬索机构吊在抛物反射面的上空，随着反射面焦点的改变而移动。馈源接收舱要实现大角度调整和精确定位，以保证跟踪精度；此外作为30余吨的重型机构悬吊于空中，并做跟踪运动，还需要保证其高可靠性、互换性和紧凑性。目前，还没有类似机构可以很好的完成上述功能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构，能够承受重载，完成大角度调整和精确定位，保证跟踪精度，同时，使其具有冗余驱动、紧凑性、互换性和高可靠性的特点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构，包括馈源舱主体1，中间支架4通过第二旋转轴7串联于馈源舱主体1下方，Stewart并联机构通过第一旋转轴3与中间支架4串联，整体构成串并联结构，第一旋转轴3和第二旋转轴7相互垂直；
Stewart并联机构包括静平台2，静平台2和动平台6通过六条第五伸缩驱动支链5连接；
第二旋转轴7的两侧对称配置有第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10，它们的固定端通过第一转动副14与馈源舱主体1连接，伸缩端通过第二转动副16与中间支架4相连，第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10提供的两个驱动共同作用下，第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10的伸缩长度变化相反，中间支架4只绕第二旋转轴7进行一个转动运动；第一旋转轴3的两侧对称配置有第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11，它们的固定端通过第一转动副14与中间支架4连接，伸缩端通过第二转动副16与Stewart并联机构的静平台2相连，第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11提供的两个驱动共同作用下，第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11的伸缩长度变化相反，Stewart并联机构的静平台2只绕第一旋转轴3进行一个转动运动；
第一伸缩驱动支链8、第二伸缩驱动支链9、第三伸缩驱动支链10和第四伸缩驱动支链11均由第一转动副14、第一伸缩腿15和第二转动副16组成，第一转动副14和第二转动副16分别安装在第一伸缩腿15的两端，第五伸缩驱动支链5由虎克铰17、第二伸缩腿18和球铰19组成，虎克铰17和球铰19分别安装在第二伸缩腿18的两端，这十个伸缩驱动支链的第一伸缩腿15或第二伸缩腿18的结构和尺寸完全相同。
本发明提出的一种大射电望远镜馈源接收舱结构为串并联机构，十条伸缩驱动支链实现Stewart并联机构动平台6的大角度转动和精确定位，完成6自由度的运动，为冗余驱动，该结构可以满足天文观测对较大的观测角度和精确定位的需求，且结构紧凑、具有互换性，高可靠性的特点。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的左视图。
图3是本发明的第一伸缩驱动支链8、第二伸缩驱动支链9、第三伸缩驱动支链10或第四伸缩驱动支链11的结构示意图。
图4是本发明第五伸缩驱动支链5的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参照图1和图2，一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构，包括馈源舱主体1，馈源舱主体1的上方设有馈源舱防护罩12，馈源舱防护罩12上设有通气孔13，中间支架4通过第二旋转轴7串联于馈源舱主体1下方，Stewart并联机构通过第一旋转轴3与中间支架4串联，整体构成串并联结构，第一旋转轴3和第二旋转轴7相互垂直；
Stewart并联机构包括静平台2，静平台2和动平台6通过六条第五伸缩驱动支链5连接，由于六个第五伸缩驱动支链5的伸缩长度变化不同，其动平台6可实现3个平动和3个转动运动，完成精确定位；
第二旋转轴7的两侧对称配置有第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10，它们的固定端通过第一转动副14与馈源舱主体1连接，伸缩端通过第二转动副16与中间支架4相连，第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10提供的两个驱动共同作用下，第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10的伸缩长度变化相反，中间支架4只绕第二旋转轴7有一个转动运动，完成对中间支架4和Stewart并联机构姿态的粗调整；第一旋转轴3的两侧对称配置有第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11，它们的固定端通过第一转动副14与中间支架4相连，伸缩端通过第二转动副16与Stewart并联机构的静平台2相连，第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11提供的两个驱动共同作用下，第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11的伸缩长度变化相反，Stewart并联机构的静平台2只绕第一旋转轴3有一个转动运动，完成对静平台2姿态的粗调整；第一伸缩驱动支链8、第二伸缩驱动支链9、第三伸缩驱动支链10和第四伸缩驱动支链11驱动中间支架4和并联机构静平台2分别绕相互垂直的第一旋转轴3和第二旋转轴7完成大角度转动实现的，结构更加紧凑；
参照图3，第一伸缩驱动支链8、第二伸缩驱动支链9、第三伸缩驱动支链10和第四伸缩驱动支链11均由第一转动副14、第一伸缩腿15和第二转动副16组成，第一转动副14和第二转动副16分别安装在第一伸缩腿15的两端，参照图4，第五伸缩驱动支链5由虎克铰17、第二伸缩腿18和球铰19组成，虎克铰17和球铰19分别安装在第二伸缩腿18的两端，这十个伸缩驱动支链的第一伸缩腿15或第二伸缩腿18的结构和尺寸完全相同，具有互换性。
本发明的工作原理为：
参照图1，第二伸缩驱动支链9和第三伸缩驱动支链10对称分布于第二旋转轴7的两侧，连接馈源舱主体1和中间支架4，第二伸缩驱动支链9伸长的同时，第三伸缩驱动支链10缩短相同长度，产生较大的转矩作用于中间支架4，驱动中间支架4和Stewart并联机构绕第二旋转轴7转动角度α，完成了对中间支架4和固定在中间支架4上的Stewart并联机构的静平台2的姿态粗调整；参照图2，第一伸缩驱动支链8和第四伸缩驱动支链11对称分布于第一旋转轴3的两侧，连接中间支架4和Stewart并联机构的静平台2，第一伸缩驱动支链8缩短的同时，第四伸缩驱动支链11伸长相同长度，产生较大的转矩作用于Stewart并联机构的静平台2，驱动Stewart并联机构静平台2绕第一旋转轴3转动角度β，完成了对Stewart并联机构静平台2的姿态粗调整；Stewart并联机构的六条第五伸缩驱动支链5分别伸长和缩短，能够小幅度精确调整动平台6的位置和姿态。在一伸缩驱动支链8、第二伸缩驱动支链9、第三伸缩驱动支链10和第四伸缩驱动支链11以及Stewart并联机构的六条第五伸缩驱动支链5这10个驱动支链的共同作用下，动平台6可实现大幅度的姿态粗调整，以及位置和姿态的精确调整。完成对动平台6的位置和姿态有效控制仅需要6个驱动支链，而馈源舱具有10条驱动支链，整体上构成了冗余驱动，保证了馈源舱高可靠性的需要。另外，这10条支链的主体结构和尺寸完全相同，若第一伸缩驱动支链8损坏，可以拆卸下来修复，中间支架4和Stewart并联机构绕第二旋转轴7的转动则由第四伸缩驱动支链11单独驱动，不影响馈源舱的整体运动，等损坏支链修复后安装到原位置即可；若Stewart并联机构中的一条第五伸缩驱动支链5损坏，可以将驱动中间支架4转动的第二伸缩驱动支链9拆卸下来，替换第五伸缩驱动支链5，而中间支架4的转动则由第三伸缩驱动支链10单独驱动，馈源舱的整体运动并不受到影响，等损坏的支链修复后，安装到原来第二伸缩驱动支链9的位置即可，保证了馈源舱互换性的需要。
Claims (1)
1.一种冗余驱动的大射电望远镜馈源接收舱结构，包括馈源舱主体(1)，中间支架(4)通过第二旋转轴(7)串联于馈源舱主体(1)下方，其特征在于：Stewart并联机构通过第一旋转轴(3)与中间支架(4)串联，整体构成串并联结构，第一旋转轴(3)和第二旋转轴(7)相互垂直；
Stewart并联机构包括静平台(2)，静平台(2)和动平台(6)通过六条第五伸缩驱动支链(5)连接；
第二旋转轴(7)的两侧对称配置有第二伸缩驱动支链(9)和第三伸缩驱动支链(10)，它们的固定端通过第一转动副(14)与馈源舱主体(1)连接，伸缩端通过第二转动副(16)与中间支架(4)相连，第二伸缩驱动支链(9)和第三伸缩驱动支链(10)提供的两个驱动共同作用下，第二伸缩驱动支链(9)和第三伸缩驱动支链(10)的伸缩长度变化相反，中间支架(4)只绕第二旋转轴(7)进行一个转动运动；第一旋转轴(3)的两侧对称配置有第一伸缩驱动支链(8)和第四伸缩驱动支链(11)，它们的固定端通过第一转动副(14)与中间支架(4)连接，伸缩端通过第二转动副(16)与Stewart并联机构的静平台(2)相连，第一伸缩驱动支链(8)和第四伸缩驱动支链(11)提供的两个驱动共同作用下，第一伸缩驱动支链(8)和第四伸缩驱动支链(11)的伸缩长度变化相反，Stewart并联机构的静平台(2)只绕第一旋转轴(3)进行一个转动运动；
第一伸缩驱动支链(8)、第二伸缩驱动支链(9)、第三伸缩驱动支链(10)和第四伸缩驱动支链(11)均由第一转动副(14)、第一伸缩腿(15)和第二转动副(16)组成，第一转动副(14)和第二转动副(16)分别安装在第一伸缩腿(15)的两端，第五伸缩驱动支链(5)由虎克铰(17)、第二伸缩腿(18)和球铰(19)组成，虎克铰(17)和球铰(19)分别安装在第二伸缩腿(18)的两端，这十个伸缩驱动支链的第一伸缩腿(15)或第二伸缩腿(18)的结构和尺寸完全相同。
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