CN109494441B - 并联式绳驱动天线座机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种并联式绳驱动天线座机构，其包括天线反射面、动平台、定平台、底座平台、支撑轴、中心支链和绳驱动装置，天线反射面固定在动平台的上表面，中心支链的两端分别固定在动平台下表面和定平台上表面的中心位置，支撑轴的两端分别固定在定平台下表面和底座平台上表面的中间位置，中心支链和支撑轴的轴线共线，多个绳驱动装置圆周均布在动平台和底座平台之间。绳驱动装置和中心支链配合可实现天线反射面和动平台绕中心轴的连续转动，能够解决传统俯仰‑方位型天线在过天顶追踪卫星时出现的“盲锥区”问题，可实现在全空域的卫星追踪，且指向精度高、动态特性好。

Description

并联式绳驱动天线座机构
技术领域
本发明属于天线装置技术领域，具体的，涉及一种并联式绳驱动天线座机构。
背景技术
目前，随着世界各国天空探索活动的日趋频繁，对用于卫星通讯、军事侦察、雷达监测以及深空探测等领域的高端装备的需求尤为迫切。雷达天线能够协助科研人员进行数据信号的发送和接收，是开展各类空间探索以及通讯活动的重要装备，雷达天线的指向以及跟踪精度是衡量其性能的关键指标。天线座架是用于支撑天线卫星本体的重要载体，其作用是带动天线，根据特定的工作要求以及按照特定的运动轨迹，准确实时地跟踪指向目标，同时进行数据信号的发射或接收。
以方位-俯仰型、X-Y型、极轴型和斜交轴型天线座架作为传统天线座架的典型代表，虽然在一定范围内能够带动天线进行探测任务，但往往在其所能探测的空域内存在不同位置的探测盲区。并联机构以其机构紧凑、承载能力强、误差积累小和刚度大的优势，在天线领域得到应用。世界上最大的500米口径球面射电望远镜FAST馈源舱通过Stewart并联平台驱动。此外，3/6-SPU、3RPS、3RSR和2RPU/UPR等并联机构也被用来作为天线支撑机构。现有天线多采用串联或并联机构进行支撑，天线座支撑机构通常采用多根连杆以及连杆之间的运动副连接，连杆发生弹性变形，由于加工精度不足和安装误差，运动副之间往往存在间隙，在高精度运行场合，无法保证天线反射面对特定轨迹的准确跟踪。同时并联机构通常出现过约束情况，其拆卸和安装往往较为困难，特别是在天线发生故障状态下，进行支撑机构的更换往往需要耗费大量的时间和人力。相比而言，绳驱动机构不仅可以降低机械系统的负载，提高机构的传动性能，还可以有效减少机构运动颤振，然而绳驱动机构不足之处在于绳索仅能提供拉力，无法提供支撑力。在特定应用场景下，绳驱动机构的应用同样受到限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种并联式绳驱动天线座机构，能实现天线座机构的无盲区连续跟踪，指向精度高、动态特性好，且易于安装维修。
本发明是这样实现的：
一种并联式绳驱动天线座机构，其包括天线反射面、动平台、定平台、底座平台、支撑轴、中心支链和绳驱动装置，所述天线反射面固定在所述动平台的上表面，所述中心支链的两端分别固定在所述动平台下表面和所述定平台上表面的中心位置，所述支撑轴的两端分别固定在所述定平台下表面和底座平台上表面的中间位置，所述中心支链和所述支撑轴的轴线共线，所述中心支链包括弹簧和支链，所述弹簧套在所述支链的外部，所述弹簧的顶端固定在所述动平台下表面的中心位置，所述弹簧的底端固定在所述定平台上表面的中心位置，所述支链包括连杆、虎克铰、转动副和移动副，所述连杆的第一端固定在所述动平台下表面的中心位置，所述连杆的第二端与所述虎克铰连接，所述虎克铰与所述转动副连接，所述转动副绕所述连杆的中心轴旋转，所述转动副与所述移动副的第一端连接，所述移动副的第二端固定在所述定平台上表面的中心位置，所述移动副连接有移动副驱动装置，多个所述绳驱动装置圆周均布在所述动平台和底座平台之间，所述绳驱动装置包括牵引绳、绕绳轮和驱动电机，所述牵引绳的第一端固定在所述动平台上，所述牵引绳的第二端穿过所述定平台后与所述绕绳轮相连，所述绕绳轮与所述驱动电机的输出轴同轴相连，所述驱动电机固定在所述底座平台上。
优选地，所述移动副包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆套设在所述第一连杆的外部，所述第一连杆的第一端与所述转动副相连，所述第二连杆固定在所述定平台上表面的中心位置。
优选地，所述移动副驱动装置为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或气缸。
优选地，所述牵引绳为钢丝绳或铁丝绳。
优选地，所述绳驱动装置的数量为3个，间隔120°均匀分布。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的并联式绳驱动天线座机构通过中心支链的移动副带动天线反射面竖直方向移动，可实现天线非工作状态的收藏。在工作状态，通过绳驱动装置和中心支链的弹簧、虎克铰和转动副可实现绕中心轴的连续转动，能够解决传统俯仰-方位型天线在过天顶追踪卫星时出现的“盲锥区”问题，可实现在全空域的卫星追踪，且指向精度高、动态特性好。
(2)采用中心支链和绳驱动装置组合而成的天线座机构，中心支链能够承载动平台及天线反射面，简化了天线座结构，减轻了整体重量，具有转动惯量小、灵敏度高的优点。采用绳驱动方式，避免了运动副间隙误差，传动精度更高，成本较低，且具有安装方便、便于维修和更换等优势。
附图说明
图1为本发明的并联式绳驱动天线座机构的结构示意图。
图2为本发明的中心支链的结构示意图。
图3为本发明的并联式绳驱动天线座机构跟踪卫星状态示意图。
图4为本发明的并联式绳驱动天线座机构收藏状态示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1所示，一种并联式绳驱动天线座机构，其包括天线反射面1、动平台2、定平台3、底座平台4、支撑轴7、中心支链6和绳驱动装置5，天线反射面1固定在动平台2的上表面，中心支链6的两端分别固定在动平台2下表面和定平台3上表面的中心位置，支撑轴7的两端分别固定在定平台3下表面和底座平台4上表面的中间位置，中心支链6和支撑轴7的轴线共线，中心支链6包括弹簧61和支链62，弹簧61套在支链62的外部，弹簧61的顶端固定在动平台2下表面的中心位置，弹簧61的底端固定在定平台3上表面的中心位置。
如图2所示，支链62包括连杆621、虎克铰622、转动副623和移动副624，连杆621的第一端固定在表面动平台2下的中心位置，连杆621的第二端与虎克铰622连接，虎克铰622与转动副623连接，转动副623绕连杆621的中心轴旋转，转动副623与移动副624的第一端连接，移动副624的第二端固定在定平台3上表面的中心位置，移动副624连接有移动副驱动装置。
如图1所示，多个绳驱动装置5圆周均布在动平台2和底座平台4之间，绳驱动装置5包括牵引绳51、绕绳轮52和驱动电机53，牵引绳51的第一端固定在动平台2上，牵引绳51的第二端穿过定平台3后与绕绳轮52相连，绕绳轮52与驱动电机53的输出轴同轴相连，驱动电机53固定在底座平台4上。
优选地，移动副624包括第一连杆和第二连杆，第二连杆套设在第一连杆的外部，第一连杆的第一端与转动副623相连，第二连杆固定在定平台3上表面的中心位置。
优选地，移动副驱动装置为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或气缸。
优选地，牵引绳51为钢丝绳或铁丝绳。
在本实施例中，并联式绳驱动天线座机构，包括用以安装天线反射面1的一个动平台2、一个定平台3、一个底座平台4、支撑轴7、一个中心支链6和三个结构相同的绳驱动装置5，绳驱动装置间隔120°均匀分布。
每个绳驱动装置5包括驱动电机53、绕绳轮52和牵引绳51，牵引绳51的一端固定在动平台2的固定端点上，定平台3上设有三个穿绳孔，与动平台2上三个固定端点相对应，牵引绳51穿过定平台3上的穿绳孔后，其另一端连接到绕绳轮52，驱动电机53固定在底座平台4上，绕绳轮52的轴线与驱动电机53的输出轴同轴；支撑轴7上下两端与底座平台4和定平台3中心固连；动平台2、定平台3和底座平台4同轴安装，底座平台4与地基机架、船载机架或机载机架连接，定平台3位于底座平台4上方，动平台2位于定平台3上方，底座平台4通过支撑轴7与定平台3固连，定平台3通过中心支链6支撑动平台2，天线反射面1安装在动平台2上方。
支链62的连杆621的第一端固定在表面动平台2下的中心位置，连杆621的第二端与虎克铰622连接，虎克铰622与转动副623连接，转动副623绕连杆621的中心轴旋转，第二连杆套设在第一连杆的外部构成移动副624，第一连杆的第一端与转动副623相连，第二连杆固定在定平台3上表面的中心位置，移动副624连接有移动副驱动装置。移动副624能完成天线反射面1在竖直方向的运动。在进行跟踪卫星状态时，移动副驱动装置驱动移动副324在竖直方向的移动，同时，转动副和虎克铰旋转一定角度，进行连续跟踪。
绳驱动装置通过驱动电机53带动绕绳轮52，从而使牵引绳51处于不同的长度，弹簧进行伸缩和弯曲，同时，配合中心支链的虎克铰和转动副的转动，使得天线反射面1处于不同的位姿下，实现天线座机构的无盲区连续跟踪。
如图3所示，为本发明的并联式绳驱动天线座机构处于跟踪卫星状态下，移动副驱动装置驱动移动副624，使得天线反射面1向上移动，驱动电机53带动绕绳轮52运动，三个牵引绳51处于不同长度，虎克铰和转动副实现天线反射面1的各方向转动，同时，弹簧跟随进行伸缩和弯曲，使动平台倾斜一定角度，从而使天线反射面1处于不同位姿下，实现连续跟踪。在连续跟踪卫星的动态时，中心支链能承载动平台和天线反射面，保持天线座机构的稳定。
如图4所示，并联式绳驱动天线座机构处于收藏状态，移动副驱动装置驱动中心支链6的移动副收缩，驱动电机53同步带动绕绳轮2将三个牵引绳51长度同时缩短，动平台2和天线反射面1在竖直方向收缩，完成收藏。
在跟踪卫星状态到收藏状态的转换时，驱动电机进行反转，使三个牵引绳51缩短并达到相同的长度，同时，弹簧借助自身的回弹力进行回弹，恢复竖直状态，虎克铰和转动副进行旋转，使连杆处于竖直状态，这时，动平台2与定平台3平行，移动副驱动装置驱动中心支链6的移动副收缩，三个牵引绳51同步进行牵引，变实现并联式绳驱动天线座的收藏。
在工作和非工作状态下，中心支链能承载动平台和天线反射面，简化了天线座机构的结构，减轻整体重量，具有转动惯量小、灵敏度高的优点。
综上，本发明具有以下优点：
本发明的并联式绳驱动天线座机构通过中心支链的移动副带动天线反射面竖直方向移动，可实现天线非工作状态的收藏。在工作状态，通过绳驱动装置和中心支链的弹簧、虎克铰和转动副可实现绕中心轴的连续转动，能够解决传统俯仰-方位型天线在过天顶追踪卫星时出现的“盲锥区”问题，可实现在全空域的卫星追踪，且指向精度高、动态特性好。
采用中心支链和绳驱动装置组合而成的天线座机构，中心支链能够承载动平台及天线反射面，简化了天线座结构，减轻了整体重量，具有转动惯量小、灵敏度高的优点。采用绳驱动方式，避免了运动副间隙误差，传动精度更高，成本较低，且具有安装方便、便于维修和更换等优势。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种并联式绳驱动天线座机构，其特征在于：其包括天线反射面、动平台、定平台、底座平台、支撑轴、中心支链和绳驱动装置，
所述天线反射面固定在所述动平台的上表面，所述中心支链的两端分别固定在所述动平台下表面和所述定平台上表面的中心位置，所述支撑轴的两端分别固定在所述定平台下表面和底座平台上表面的中间位置，所述中心支链和所述支撑轴的轴线共线，
所述中心支链包括弹簧和支链，所述弹簧套在所述支链的外部，所述弹簧的顶端固定在所述动平台下表面的中心位置，所述弹簧的底端固定在所述定平台上表面的中心位置，所述支链包括连杆、虎克铰、转动副和移动副，所述连杆的第一端固定在所述动平台下表面的中心位置，所述连杆的第二端与所述虎克铰连接，所述虎克铰与所述转动副连接，所述转动副绕所述连杆的中心轴旋转，所述移动副包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆套设在所述第一连杆的外部，所述第一连杆的第一端与所述转动副连接，所述第二连杆固定在所述定平台上表面的中心位置，所述移动副连接有移动副驱动装置，
多个所述绳驱动装置圆周均布在所述动平台和底座平台之间，所述绳驱动装置包括牵引绳、绕绳轮和驱动电机，所述牵引绳的第一端固定在所述动平台上，所述牵引绳的第二端穿过所述定平台后与所述绕绳轮相连，所述绕绳轮与所述驱动电机的输出轴同轴相连，所述驱动电机固定在所述底座平台上。
2.根据权利要求1所述的并联式绳驱动天线座机构，其特征在于：所述移动副包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆套设在所述第一连杆的外部，所述第一连杆的第一端与所述转动副相连，所述第二连杆固定在所述定平台上表面的中心位置。
3.根据权利要求2所述的并联式绳驱动天线座机构，其特征在于：所述移动副驱动装置为滚珠丝杠、滚珠导轨、油缸或气缸。
4.根据权利要求1所述的并联式绳驱动天线座机构，其特征在于：所述牵引绳为钢丝绳或铁丝绳。
5.根据权利要求1所述的并联式绳驱动天线座机构，其特征在于：所述绳驱动装置的数量为3个，间隔120°均匀分布。
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