CN106654510B - 一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，属于天线装置领域。该天线座机构由一个定平台、一个动平台和三个结构相同的运动支链组成。运动支链由摆动杆、直线驱动单元组成，运动支链通过转动副分别与定平台、动平台连接。与定平台、动平台相连接的转动副分别沿各自所在圆周相隔120°均匀分布。本发明为并联式机构，可实现工作范围内天线对目标任意姿态无盲区的连续跟踪，取消了滑环、关节等设备；驱动方式可变，能够适应天线大工作空间范围需求；并且具有机构对称、结构紧凑、刚度大、指向精度高、承载能力强、动态特性好等优点。

Description

一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构
技术领域
本发明属于天线装置领域，涉及一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，应用于航天遥感、卫星通讯中的固定式、车载式、机载式和船载式卫星接收天线。
背景技术
卫星天线一般由天线反射体联结一个天线座构成，天线座是天线的支撑和定向装置，用以使天线能够按照预定的轨迹或者跟随目标运动，其结构在很大程度上影响着天线整机的性能指标。
目前，世界上公知的航天遥感所采用经典的俯仰-方位型天线，其天顶位置存在着一个无法“过顶”连续跟踪的“盲锥”区域，盲锥区域的大小(即盲锥的锥顶角)取决于天线与飞行器的距离和飞行器水平飞行速度，当飞行棋过顶跟踪时天线需要很大的方位角速度,在目标通过天顶瞬间方位角速度达到无穷大,导致俯仰-方位型天线在天顶附近存在跟踪盲区。传统经典的遥感卫星天线由于盲锥区域的存在无法实现工作空域任意姿态连续跟踪，难以满足卫星信号和数据不间断连续工作的需求。目前，工程实际中多选择在避开卫星运行轨道经过天线天顶的地方建造卫星地面站天线。
目前可以实现过顶追踪的有Stewart天线和异性天线，其中异形座天线都是使用特殊形状的支撑腿以实现特定角度的翻转需求，但异形结构本身因为形状特殊为了保证使用寿命就必须采用特殊材料，并且制作繁琐，效率低，故障率高，而且因为一般异形结构都是由主翻转支杆和副支撑杆组成，在使用中主支杆频繁受力就会产生形变，造成翻转角度不稳定容易出现误差，并且异形天线座结构的天线难以解决过顶问题，而Stewart天线一般都是由六根伸缩单元组成Stewart形并联结构，Stewart天线可以完美解决过顶问题，但是六根伸缩单元在使用中需要协同动作，其组装繁琐，响应速度慢，并且无法实现负角度。
并联机构以其结构紧凑、刚度大、承载能力强、动态特性好等优点在诸多领域得以应用，但其工作空间较小，难以满足天线方位、俯仰角度的要求，无法实现全角度或者负角度跟踪，故在天线领域的应用还很有限。目前多用于大口径天线的二次精调中。
发明内容
本发明的目的在于解决已有技术存在的难以同时解决过顶问题和负角度问题，提供一种无过顶“盲区”的大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其解决卫星天线的过顶跟踪问题，实现工作范围内天线对目标任意姿态无盲区的连续跟踪。
本发明通过以下技术方案实现：
提供了一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其包括平行设置的定平台1和动平台2，所述的动平台位于定平台上方，定平台和动平台之间通过三个沿圆周方向均匀分布的运动支链连结；
所述的运动支链包括摆动杆、直线驱动单元，所述的摆动杆的一端与直线驱动单元的一端通过球面副相铰连，直线驱动单元的另一端为驱动端，直线驱动单元的驱动端与动平台的侧壁相铰接，摆动杆的另一端为转动端，摆动杆的转动端与定平台的侧壁相铰接，摆动杆的转动端与定平台相接处设有用于转动摆动杆的转动装置。
进一步的，所述的各个运动支链之间间隔120°均匀分布。
进一步的，所述的直线驱动单元的驱动端与动平台相铰接处为第一转动副，各个第一转动副之间间隔120°均匀分布。
进一步的，所述的摆动杆的转动端与定平台相铰接处为第二转动副，各个第二转动副之间间隔120°均匀分布。
进一步的，所述的直线驱动单元为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或气缸。
进一步的，所述的转动装置为电机减速器，减速器输出轴通过转动副与摆动杆连接。
进一步的，所述的动平台上配装有反射天线。
本发明相对于现有技术而言具有的优点在于：
采用三个运动支链实现翻转和伸缩功能，天线的整体重量轻，使用三个转动装置驱动动平台转动，转动之后配合伸缩单元将天线反射面伸出天线座外，根据伸出角度的不同，天线座以负角度对准水平面.
采用三个运动支链配合三个转动装置，可以优先转动然后伸缩，或者优先伸缩然后转动，满足天线超过90°的大角度俯仰要求(假设天线指向沿定平台中心轴线向上时天线俯仰角为90°，天线指向垂直于定平台中心轴线时天线俯仰角为0°，实现全角度和负角度窥探，保证反射面随时跟踪信号，保证信号强度。
采用的并联式三运动支链结构，不存在无限大角度苏情况，解决了卫星天线的过顶跟踪问题。
在船舶、飞机或是汽车等天线的安装面相对于水平面存在倾斜角的情况下，天线仍具有相对于水平面的半球工作空间，可以满足跟踪指向要求。
三个销轴的轴线相围合成等边三角形配合三角形或者六角形的定平台，可以保证各个支链受力平衡，保证运动支链的寿命，120°等角度平均分配的连接点可以满足反射面全角度覆盖。
采用由一平台的侧壁出发连接到另一平台的侧壁的连接方式，简化了运动支链系统，在运动支链与定平台的连接处设置转动装置，简化后的运动支链系统将大大减少出现连杆机构之间出现死点(卡死)的情况。
附图说明
图1一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构示意图；
图2为实现负角度时连杆结构图；
图3为配合船舶使用状态图；
附图标记：定平台1、动平台2、摆动杆3、直线驱动单元4、球面副5、第二转动副13、第一转动副24
具体实施方式
如图1和图2所示，提供了一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，包括平行设置的定平台1和动平台2，所述的定平台1和动平台2结构相同，定平台为三角形板材或者定平台为六边形板材，所述的动平台位于定平台上方，定平台和动平台之间通过三个沿圆周方向均匀分布的运动支链连结，所述的各个运动支链之间间隔120°均匀分布。
如图1所示，每个运动支链都包括摆动杆3、直线驱动单元4，所述的摆动杆的一端与直线驱动单元的一端通过球面副5相铰连，直线驱动单元的另一端为驱动端，直线驱动单元的驱动端与动平台的侧壁通过销轴相铰接，所述的直线驱动单元的驱动端与动平台相铰接处为第一转动副24，各个第一转动副之间间隔120°均匀分布。
如图1所示，摆动杆的另一端为摆动端，摆动杆的摆动端与定平台的侧壁通过销轴相铰接，所述的摆动杆的摆动端与定平台相铰接处为第二转动副13，各个第二转动副之间间隔120°均匀分布，摆动杆与定平台相连处销轴的轴线相交，该销轴的轴线围合成等边三角形。
为保证设备可以自由伸缩，摆动杆的摆动端与定平台相接处设有用于转动摆动杆的转动装置，所述的转动装置为减速电机，减速电机的输出轴与摆动杆相连接。
所述的直线驱动单元为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或者气缸中的一种。
本发明具有如下两种控制策略可采用：
第一种控制策略为：将六个驱动输入分为两组，即三个第二转动副13、三个直线驱动单元4各为一组，进行分时控制。即：调节天线姿态时，可首先将各分支中的三个直线驱动单元4锁定，驱动三个第二转动副13进行天线姿态调节。此时所述天线座机构具有两个转动和一个移动共三个自由度，可实现方位、俯仰和收藏运动；当天线受所述天线座机构结构所限到达某一姿态极限后，锁住三个第二转动副13，而后解锁直线驱动单元4，通过控制三个直线驱动单元4驱动天线进一步运动，以达到预期的位姿。当然，对应此策略，也可先锁住三个第二转动副13，驱动三个直线驱动单元4，而后再锁住三个直线驱动单元4，驱动三个第二转动副13，效果与前述一致；均可使天线具有超过半球的大工作空间。
第二种控制策略是：根据预期天线位姿要求，结合外界负载、速度与加速度等指标要求整体规划机构运动轨迹，同步控制并驱动三个第二转动副13和三个直线驱动单元4实现协调动作，从而使天线到达预期目标。
如图3所示为一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构在船舶10上的应用。所述一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构的定平台1固定在船舶10上。船舶10在水面上会产生摇摆，卫星天线系统为了满足跟踪测量要求，需要以一定的俯仰角度去补偿摇摆的角度。本发明可以补偿船舶10的摇摆角度，在船体发生小幅摆动的情况下仍具有相对于水平面0°～90°的角度俯仰要求。

Claims (5)

1.一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其特征在于：包括平行设置的定平台(1)和动平台(2)，所述的动平台位于定平台上方，定平台和动平台之间通过三个沿圆周方向均匀分布的运动支链连结；
每个运动支链都包括摆动杆(3)、直线驱动单元(4)，所述的摆动杆的一端与直线驱动单元的一端通过球面副(5)相铰连，直线驱动单元的另一端为驱动端，直线驱动单元的驱动端与动平台的侧壁相铰接，摆动杆的另一端为摆动端，摆动杆的摆动端与定平台的侧壁相铰接，摆动杆的摆动端与定平台相接处设有用于转动摆动杆的转动装置；
所述的各个运动支链之间间隔120°均匀分布；
所述的直线驱动单元的驱动端与动平台相铰接处为第一转动副（24），各个第一转动副之间间隔120°均匀分布；
所述的摆动杆的摆动端与定平台相铰接处为第二转动副（13），各个第二转动副之间间隔120°均匀分布；
每个摆动杆都通过销轴与定平台相铰接；
各个销轴的轴线相交且围合成等边三角形。
2.根据权利要求1所述的一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其特征在于：所述的直线驱动单元为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或者气缸中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其特征在于：所述的转动装置为减速电机，减速电机的输出轴通过转动副与摆动杆相连接。
4.根据权利要求1所述的一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其特征在于：所述的动平台上配装有反射天线。
5.根据权利要求1所述的一种大工作空间可变驱动并联式天线座机构，其特征在于：所述的定平台(1)和动平台(2)结构相同，定平台为三角形板材或者定平台为六边形板材。
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