CN108980543B - 可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，属于航空航天技术领域，该系统包括载荷安装平台、一对导轨、载荷操作把手、第一支撑点、第一锁紧点、第二支撑点、第二锁紧点、第三支撑点和第三锁紧点，每一个支撑点和锁紧点均包括平台侧结构和载荷侧结构，且每一个支撑点的载荷侧结构均与对应的锁紧点的载荷侧结构一体化，每一个支撑点的平台侧结构均与对应的锁紧点的平台侧结构同轴安装。本发明采用运动学支撑结构与锁紧点结构的并联式支撑方式，有效解决了在轨更换的空间光学载荷的支撑问题，该并联式支撑系统的支撑接口结构便于装配、节约空间，同时具有力热环境适应能力强、操作性好等优点。

Description

可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统。

背景技术

随着航空航天技术的飞速发展，空间活动更加频繁，在轨运行的航天器数量日益增多，空间光学载荷的在轨更换技术拥有巨大经济效益的同时也可以显著提高系统的可靠性。

当前国内对在轨更换技术的研究主要集中在非光学仪器设备领域，以机电产品为主，当前的载荷、设备支撑方法及系统也均以机电产品为对象，无法满足光学仪器超高的力、热稳定性要求，因此目前尚没有适用于光学载荷在轨更换的载荷、设备支撑系统。

发明内容

基于此，有必要针对当前的载荷、设备支撑方法及系统无法满足光学仪器超高的力、热稳定性的要求的问题，提供一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，该支撑系统不仅能够解决可在轨更换的空间光学载荷的支撑问题，而且保证了光学载荷承受发射冲击、大范围环境温度变化的能力，降低了在轨操作的复杂性，能够满足在重力释放和环境温度变化工况下光学载荷的高面型精度要求和高装配工艺水平要求。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，包括载荷安装平台、一对导轨、第一支撑点、第一锁紧点、第二支撑点、第二锁紧点、第三支撑点和第三锁紧点；

所述载荷安装平台通过所述第一支撑点、所述第二支撑点和所述第三支撑点支撑光学载荷，所述第一锁紧点、所述第二锁紧点和所述第三锁紧点分别用于对所述第一支撑点、所述第二支撑点和所述第三支撑点进行锁紧；

所述第一支撑点、所述第一锁紧点、所述第二支撑点、所述第二锁紧点、所述第三支撑点和所述第三锁紧点均包括平台侧结构和与对应的所述平台侧结构配合的载荷侧结构，所述第一支撑点、所述第二支撑点和所述第三支撑点的平台侧结构分别与所述载荷安装平台连接，所述第一支撑点、所述第二支撑点和所述第三支撑点的载荷侧结构分别与所述光学载荷连接，且每一个支撑点的载荷侧结构均与对应的锁紧点的载荷侧结构一体化，每一个支撑点的平台侧结构均与对应的锁紧点的平台侧结构同轴安装；

所述第一支撑点的平台侧结构为球头结构，所述第一支撑点的载荷侧结构为球窝结构；所述第一支撑点的平台侧结构包括第一壳体、球头和球形压盖，所述球头和所述球形压盖设置在所述第一壳体内；

所述第一支撑点的载荷侧结构包括连接螺杆、连接板和螺杆压盖，所述连接螺杆的一端与所述光学载荷连接，另一端设有与所述球头配合的球窝，用于对所述连接螺杆进行限位的所述螺杆压盖与所述连接板连接；

所述第一锁紧点的平台侧结构包括第一分瓣螺母、第一驱动齿盘和第一支撑盘座，所述第一支撑盘座用于支撑所述第一驱动齿盘，第一驱动电机通过所述第一驱动齿盘驱动所述第一分瓣螺母；

所述第一锁紧点的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与所述第一分瓣螺母啮合的第一锁紧螺柱，所述第一锁紧螺柱的一端与所述连接板连接，另一端与所述球头配合；

所述第二支撑点的平台侧结构为圆形销孔结构，所述第二支撑点的载荷侧结构为销轴结构；

所述第三支撑点的平台侧结构为方形销孔结构，所述第三支撑点的载荷侧结构为销轴结构；

所述导轨设置在所述载荷安装平台与所述光学载荷之间。

本发明所公开的上述可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统采用运动学支撑结构与锁紧点结构的并联式支撑方式，有效解决了在轨更换的空间光学载荷的支撑问题，该并联式支撑系统的支撑接口结构便于装配、节约空间，同时具有力热环境适应能力强、操作性好等优点，本发明的并联式支撑系统具有较好的通用性，适合于在轨维护领域推广使用。

附图说明

图1为本发明可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统的正视结构示意图；

图2为本发明可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统中第一支撑点沿水平中心线的剖视图；

图3为本发明可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统中第二支撑点沿水平中心线的剖视图；

图4为本发明可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统中第三支撑点沿水平中心线的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

在其中一个实施例中，如图1所示，本发明公开一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，该支撑系统包括载荷安装平台1、一对导轨2、第一支撑点3、第一锁紧点4、第二支撑点5、第二锁紧点6、第三支撑点7和第三锁紧点8，第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7分布在光学载荷9和载荷安装平台1之间，载荷安装平台1通过第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7支撑光学载荷9，第一锁紧点4、第二锁紧点6和第三锁紧点8则分别用于对第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7进行锁紧。

每一个支撑点均包括平台侧结构和与平台侧结构配合的载荷侧结构，每一个锁紧点均包括平台侧结构和与平台侧结构配合的载荷侧结构，其中第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7的平台侧结构分别与载荷安装平台1连接，第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7的载荷侧结构分别与光学载荷9连接，通过支撑点的平台侧结构和载荷侧结构之间的配合实现光学载荷9与载荷安装平台1之间的安装和拆除，并且每一个支撑点的载荷侧结构均与对应的锁紧点的载荷侧结构一体化，每一个支撑点的平台侧结构均与对应的锁紧点的平台侧结构同轴安装，即安装在光学载荷9侧的支撑点的载荷侧结构和锁紧点的载荷侧结构是一体式设计，可认为是并联结构的起点，而安装在载荷安装平台1侧的支撑点的平台侧结构和锁紧点的平台侧结构与载荷侧结构配合后相当于是力的两个传输路径，二者又归于一处，均作用于载荷安装平台1，从而形成并联结构，因此本实施例中的支撑系统是一种并联式支撑系统。

导轨2设置在载荷安装平台1与光学载荷9之间，导轨2在安装和拆除光学载荷9时起到导向的作用。

本实施例所提出的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统在地面安装阶段的工作过程如下：

(1)将第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7的载荷侧结构以及第一锁紧点4、第二锁紧点6和第三锁紧点8的载荷侧结构按设计位置安装在光学载荷9上；

(2)将第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7的平台侧结构以及第一锁紧点4、第二锁紧点6和第三锁紧点8的平台侧结构按设计位置安装在载荷安装平台1上；

(3)借助载荷操作把手，沿导轨2将光学载荷9安装到位；

(4)通过第一支撑点3和第二支撑点5的操作螺杆完成第一支撑点3和第二支撑点5的平台侧结构和载荷侧结构的配合；

(5)通过电信号驱动电机完成第一锁紧点4、第二锁紧点6和第三锁紧点8的配合。

本实施例所提出的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统在在轨工作、运行阶段的工作过程如下：

(1)光学载荷9随运载进入预定轨道；

(2)在轨运行状态平稳后，通过驱动电机完成第一锁紧点4、第二锁紧点6和第三锁紧点8的解锁；

(3)光学载荷9在第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7的支撑作用下完成图像采集工作。

本实施例所提出的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统在在轨替换阶段的工作过程如下：

(1)通过操作第一支撑点3和第二支撑点5的操作螺杆解除第一支撑点3和第二支撑点5的平台侧结构和载荷侧结构的配合；

(2)借助载荷操作把手，沿导轨2将光学载荷9从卫星平台上拆除；

(3)取出新的备用光学载荷，借助载荷操作把手，沿导轨2将新的光学载荷安装到位；

(4)通过新的光学载荷的第一支撑点3和第二支撑点5的操作螺杆完成第一支撑点3和第二支撑点5的平台侧结构和载荷侧结构的配合；

(5)新的载荷安装完成。

本实施例所公开的上述可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统采用运动学支撑结构与锁紧点结构的并联式支撑方式，有效解决了在轨更换的空间光学载荷的支撑问题，该并联式支撑系统的支撑接口结构便于装配、节约空间，同时具有力热环境适应能力强、操作性好等优点，本实施例的并联式支撑系统具有较好的通用性，适合于在轨维护领域推广使用。

作为一种具体的实施方式，第一支撑点3采用球头、球窝运动副，第一支撑点3的平台侧结构为球头结构，第一支撑点3的载荷侧结构为球窝结构；第二支撑点5采用销轴、销孔运动副，第二支撑点5的平台侧结构为圆形销孔结构，第二支撑点5的载荷侧结构为销轴结构；第三支撑点7采用销轴、方孔运动副，第三支撑点7的平台侧结构为方形销孔结构，第三支撑点7的载荷侧结构为销轴结构。

具体地，在本实施方式中，可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统包括载荷安装平台1、一对导轨2、第一支撑点3、第一锁紧点4、第二支撑点5、第二锁紧点6、第三支撑点7和第三锁紧点8，其中每个支撑点、锁紧点均分为载荷侧结构及平台侧结构，第一支撑点3的载荷侧结构设计为球窝结构，平台侧结构设计为球头结构；第二支撑点5的载荷侧结构设计为销轴结构，平台侧结构设计为销孔结构；第三支撑点7的载荷侧结构设计为销轴结构，平台侧结构设计为方孔结构。第一锁紧点4的载荷侧结构设计为螺纹型结构，与第一支撑点3的载荷侧结构即球窝结构为一体式设计；第一锁紧点4的平台侧结构设计为分瓣螺母型结构，与第一支撑点3的平台侧结构同轴安装；第二锁紧点6的载荷侧结构设计为螺纹型结构，与第二支撑点5的载荷侧结构为一体式设计；第二锁紧点6的平台侧结构设计为分瓣螺母型结构，与第二支撑点5的平台侧结构同轴安装；第三锁紧点8的载荷侧结构设计为螺纹型结构，与第三支撑点7的载荷侧结构为一体式设计；第三锁紧点8的平台侧结构设计为分瓣螺母型结构，与第三支撑点7的平台侧结构同轴安装。与各个支撑点对应的锁紧点均采用电动分离螺母的形式，所有锁紧点的分瓣螺母均由对应的驱动电机驱动。各锁紧点与支撑点在载荷侧为一体式设计，各锁紧点与支撑点在平台侧为同轴安装，从而形成并联结构。

作为一种具体的实施方式，本发明中第一支撑点3的平台侧结构包括第一壳体3-1、球头3-2和球形压盖3-3，球头3-2和球形压盖3-3设置在第一壳体3-1内；

第一支撑点3的载荷侧结构包括连接螺杆3-4、连接板3-5和螺杆压盖3-6，连接螺杆3-4的一端与光学载荷9连接，另一端设有与球头3-2配合的球窝，用于对连接螺杆3-4进行限位的螺杆压盖3-6与连接板3-5连接；

第一锁紧点4的平台侧结构包括第一分瓣螺母4-1、第一驱动齿盘4-2和第一支撑盘座4-3，第一支撑盘座4-3用于支撑第一驱动齿盘4-2，第一驱动电机通过第一驱动齿盘4-2驱动第一分瓣螺母4-1；

第一锁紧点4的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与第一分瓣螺母4-1啮合的第一锁紧螺柱4-4，第一锁紧螺柱4-4的一端与连接板3-5连接，另一端与球头3-2配合。

作为一种具体的实施方式，本发明中第二支撑点5的平台侧结构包括锁紧端连接座5-1和圆形销孔5-2，圆形销孔5-2设置在锁紧端连接座5-1上；

第二支撑点5的载荷侧结构包括第一支撑端连接座5-3、齿条轴5-4和驱动齿轮5-5，第一支撑端连接座5-3与光学载荷9连接，齿条轴5-4与圆形销孔5-2插接配合，且齿条轴5-4由驱动齿轮5-5驱动；

第二锁紧点6的平台侧结构包括第二分瓣螺母6-1，第二分瓣螺母6-1由第二驱动电机6-2驱动；

第二锁紧点6的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与第二分瓣螺母6-1啮合的第二锁紧螺柱6-3。

作为一种具体的实施方式，本发明中第三支撑点7的平台侧结构包括第三壳体7-1和方形销孔7-2，方形销孔7-2设置在第三壳体7-1上；

第三支撑点7的载荷侧结构包括第二支撑端连接座7-3，第二支撑端连接座7-3与光学载荷9连接；

第三锁紧点8的平台侧结构包括第三分瓣螺母7-4、第三驱动齿盘7-5和第三支撑盘座7-6，第三支撑盘座7-6用于支撑第三驱动齿盘7-5，第三驱动电机7-7通过第三驱动齿盘7-5驱动第三分瓣螺母7-4，第三驱动电机7-7与减速器7-9连接，减速器7-9的转轴7-10与第三驱动齿盘7-5配合；

第三锁紧点8的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与第三分瓣螺母7-4啮合的第三锁紧螺柱7-8，第三锁紧螺柱7-8还与方形销孔7-2插接配合。

作为一种具体的实施方式，本发明中第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7需满足如下运动学结构条件，该条件为第一支撑点3的球头的球心位于第二支撑点5的销轴轴线上，第三支撑点7的可运动平面与第二支撑点5的销轴轴线相平行。本发明中的第一支撑点3、第二支撑点5和第三支撑点7满足运动学结构条件的作用主要有：(1)确保三点能够实现对所支撑刚体恰好有6个自由度的约束，不过约束也不欠约束；(2)对安装界面的变形适应性最好，安装板的变形不会传递给光学载荷，从而确保光学载荷的成像质量不受影响。

作为一种具体的实施方式，本发明可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统还包括载荷操作把手10，载荷操作把手10设置在光学载荷9上，如图1所示，以方便对光学载荷的操作，本实施方式中的载荷操作把手10可以直接固定安装在光学载荷9上，也可以是与光学载荷9可拆卸连接的，例如将载荷操作把手10设计成可拆卸的便携式把手，在需要使用把手时，再将载荷操作把手10安装到光学载荷9上，在无需使用把手时，可将载荷操作把手10单独存放。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，其特征在于，包括载荷安装平台(1)、一对导轨(2)、第一支撑点(3)、第一锁紧点(4)、第二支撑点(5)、第二锁紧点(6)、第三支撑点(7)和第三锁紧点(8)；

所述载荷安装平台(1)通过所述第一支撑点(3)、所述第二支撑点(5)和所述第三支撑点(7)支撑光学载荷(9)，所述第一锁紧点(4)、所述第二锁紧点(6)和所述第三锁紧点(8)分别用于对所述第一支撑点(3)、所述第二支撑点(5)和所述第三支撑点(7)进行锁紧；

所述第一支撑点(3)、所述第一锁紧点(4)、所述第二支撑点(5)、所述第二锁紧点(6)、所述第三支撑点(7)和所述第三锁紧点(8)均包括平台侧结构和与对应的所述平台侧结构配合的载荷侧结构，所述第一支撑点(3)、所述第二支撑点(5)和所述第三支撑点(7)的平台侧结构分别与所述载荷安装平台(1)连接，所述第一支撑点(3)、所述第二支撑点(5)和所述第三支撑点(7)的载荷侧结构分别与所述光学载荷(9)连接，且每一个支撑点的载荷侧结构均与对应的锁紧点的载荷侧结构一体化，每一个支撑点的平台侧结构均与对应的锁紧点的平台侧结构同轴安装；

所述第一支撑点(3)的平台侧结构为球头结构，所述第一支撑点(3)的载荷侧结构为球窝结构；所述第一支撑点(3)的平台侧结构包括第一壳体(3-1)、球头(3-2)和球形压盖(3-3)，所述球头(3-2)和所述球形压盖(3-3)设置在所述第一壳体(3-1)内；

所述第一支撑点(3)的载荷侧结构包括连接螺杆(3-4)、连接板(3-5)和螺杆压盖(3-6)，所述连接螺杆(3-4)的一端与所述光学载荷(9)连接，另一端设有与所述球头(3-2)配合的球窝，用于对所述连接螺杆(3-4)进行限位的所述螺杆压盖(3-6)与所述连接板(3-5)连接；

所述第一锁紧点(4)的平台侧结构包括第一分瓣螺母(4-1)、第一驱动齿盘(4-2)和第一支撑盘座(4-3)，所述第一支撑盘座(4-3)用于支撑所述第一驱动齿盘(4-2)，第一驱动电机通过所述第一驱动齿盘(4-2)驱动所述第一分瓣螺母(4-1)；

所述第一锁紧点(4)的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与所述第一分瓣螺母(4-1)啮合的第一锁紧螺柱(4-4)，所述第一锁紧螺柱(4-4)的一端与所述连接板(3-5)连接，另一端与所述球头(3-2)配合；

所述第二支撑点(5)的平台侧结构为圆形销孔结构，所述第二支撑点(5)的载荷侧结构为销轴结构；

所述第三支撑点(7)的平台侧结构为方形销孔结构，所述第三支撑点(7)的载荷侧结构为销轴结构；

所述导轨(2)设置在所述载荷安装平台(1)与所述光学载荷(9)之间。

2.根据权利要求1所述的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，其特征在于，

所述第二支撑点(5)的平台侧结构包括锁紧端连接座(5-1)和圆形销孔(5-2)，所述圆形销孔(5-2)设置在所述锁紧端连接座(5-1)上；

所述第二支撑点(5)的载荷侧结构包括第一支撑端连接座(5-3)、齿条轴(5-4)和驱动齿轮(5-5)，所述第一支撑端连接座(5-3)与所述光学载荷(9)连接，所述齿条轴(5-4)与所述圆形销孔(5-2)插接配合，且所述齿条轴(5-4)由所述驱动齿轮(5-5)驱动；

所述第二锁紧点(6)的平台侧结构包括第二分瓣螺母(6-1)，所述第二分瓣螺母(6-1)由第二驱动电机(6-2)驱动；

所述第二锁紧点(6)的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与 所述第二分瓣螺母(6-1)啮合的第二锁紧螺柱(6-3)。

3.根据权利要求1所述的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，其特征在于，

所述第三支撑点(7)的平台侧结构包括第三壳体(7-1)和方形销孔(7-2)，所述方形销孔(7-2)设置在所述第三壳体(7-1)上；

所述第三支撑点(7)的载荷侧结构包括第二支撑端连接座(7-3)，所述第二支撑端连接座(7-3)与所述光学载荷(9)连接；

所述第三锁紧点(8)的平台侧结构包括第三分瓣螺母(7-4)、第三驱动齿盘(7-5)和第三支撑盘座(7-6)，所述第三支撑盘座(7-6)用于支撑所述第三驱动齿盘(7-5)，第三驱动电机(7-7)通过所述第三驱动齿盘(7-5)驱动所述第三分瓣螺母(7-4)；

所述第三锁紧点(8)的载荷侧结构包括带有螺纹且可以与所述第三分瓣螺母(7-4)啮合的第三锁紧螺柱(7-8)，所述第三锁紧螺柱(7-8)还与所述方形销孔(7-2)插接配合。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，其特征在于，

所述第一支撑点(3)的球头的球心位于所述第二支撑点(5)的销轴轴线上，所述第三支撑点(7)的可运动平面与所述第二支撑点(5)的销轴轴线相平行。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的可在轨更换光学载荷的并联式支撑系统，其特征在于，还包括载荷操作把手(10)，

所述载荷操作把手(10)与所述光学载荷(9)可拆卸连接。