CN110454656A - 框架式对偶机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种框架式对偶机构，包括框架和顶部负载组件，所述框架的底部与基座连接，所述框架的顶部与顶部负载组件连接；所述框架是由多根弧形框架组件构成的弧形镂空式曲杆结构，所述弧形框架组件包括第一框架连杆和第一框架连杆，所述第一框架连杆的顶端通过第一关节组件与顶部负载组件连接，所述第一框架连杆的底端通过第二关节组件与第二框架连杆的顶端连接，所述第二框架连杆的底端通过第三关节组件与基座连接。本发明的框架式对偶机构，利用对偶与多点支撑，减少了由负载引起的支反力和振动影响，结构合理,同时发挥了主动关节的响应迅速的随动特点。

Description

框架式对偶机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及卫星摄影设备技术领域，具体地，涉及一种框架式对偶机构及其使用方法。

背景技术

随着数字工业摄影测量技术的不断发展，其测量精度、自动化程度也将不断提高。现如今，工业部件的制造精度、表面复杂程度不断提高，数字工业摄影测量必然要向高精度、超高精度和高度自动化方向发展。其中测量自动化程度的增强除了需要稳健的算法之外，还需要更多更精密的自动化测量附件，比如说高精度的可调节的摄像头驱动机构。

经过对现有技术的检索，申请公布号为CN 106647117A的发明专利公开了一种长焦距宽视场大型离轴三反空间相机桁架式主支撑结构，包括前框架、后框架和桁架组件，前框架通过桁架组件与所述后框架定位连接；桁架组件包括多根桁架杆、多个上接头和多个下接头，每根桁架杆的上端通过对应的上接头与前框架定位连接，每根桁架杆的下端通过下接头与后框架定位连接，桁架组件呈对称交叉布局。该支撑结构不能灵活转动，无法精确控制相机拍摄角度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种框架式对偶机构及其工作方法。

根据本发明提供的一种框架式对偶机构，包括框架和顶部负载组件，所述框架的底部与基座连接，所述框架的顶部与顶部负载组件连接；所述框架是由多根弧形框架组件构成的弧形镂空式曲杆结构，所述弧形框架组件包括第一框架连杆和第二框架连杆，所述第一框架连杆的顶端通过第一关节组件与顶部负载组件连接，所述第一框架连杆的底端通过第二关节组件与第二框架连杆的顶端连接，所述第二框架连杆的底端通过第三关节组件与基座连接。

进一步地，所述第一关节组件为主动关节或球形铰链关节，所述第二关节组件为主动关节，所述第三关节组件为球形铰链关节。

进一步地，所述球形铰链关节包括第一固定块、第二固定块、球状体、活动杆以及固定杆，所述固定杆的一端与第一固定块连接，所述固定杆的另一端与球状体固定，所述活动杆的一端为圆球状，嵌入球状体中并能以球状体为基点转动，所述活动杆的另一端与第二固定块连接。

进一步地，所述主动关节由两个单自由度驱动单元正交串接而成。

进一步地，所述单自由度驱动单元包括锥形转子和环梁式定子，所述锥形转子绕环梁式定子转动。

进一步地，所述顶部负载组件为矩形框架结构，所述矩形框架结构中间固定有一个用于拍摄的负载相机。

进一步地，所述矩形框架结构的四个角安装有U形槽连接件，所述U形槽连接件与第一关节组件固定。

进一步地，所述矩形框架结构的四个角中，一组对角通过U形槽连接件与主动关节连接，另一组对角通过U形槽连接件与球形铰链关节连接。

进一步地，所述第一框架连杆和第二框架连杆的曲率一致，所述第一框架连杆的端部和第二框架连杆的端部均分布有螺纹孔。

本发明还提供一种框架式对偶机构的使用方法，包括以下步骤：

S1、第一关节组件中主动关节的环梁式定子的悬臂梁上粘贴压电陶瓷，通电后由于逆压电效应，主动关节中两个悬臂梁产生时间和空间上具有π/2相位差的弯振，耦合而成面内弯曲行波；促使环梁式定子内环质点产生相应的椭圆运动，经过摩擦作用，带动锥形转子转动；进而由锥形转子的转动带动主动关节组件的转动；

S2、当主动关节转动时，其相连的弧形镂空式曲杆随之发生偏转，从而使框架顶端的位置在空间内呈任意变化，连接负载相机，当框架顶端运动到指定位置时，远程下达拍摄指令，即可实现在轨环境下的空间定向拍摄功能；

S3、当框架式对偶机构停止工作时，远程下达回归指令，主动关节再次运转，使框架运动，从而将框架式对偶机构收于天线面的一侧，不干扰光路，可有效避开待测面。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的框架式对偶机构，利用对偶与多点支撑，减少了由负载引起的支反力和振动影响，结构合理,同时发挥了主动关节的响应迅速的随动特点。

2、本发明的框架式对偶机构，球形铰链关节和主动关节配合，实现了多自由度的旋转，进行位姿调控，通过驱动中部和顶部的主动关节，使其发生转动，带动弧形镂空式曲杆偏转，从而实现顶部负载相机在轨环境下的空间定向拍摄功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明框架式对偶机构的安装示意图；

图2是本发明框架式对偶机构的顶部负载组件的连接关系图；

图3是图1中的局部放大图A；

图4是图1中的局部放大图B；

图5是主动关节中单自由度驱动单元的结构示意图；

图6是图1中的局部放大图C；

图7是本发明框架式对偶机构的各种拍摄状态运动示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的框架式对偶机构，该机构包括若干相同的框架连杆、顶部负载组件和关节组件，其中框架连杆为弧形曲杆结构，两端对称分布有螺纹孔，用于与其他组件固定连接；框架连杆细长且曲率一致，用于保证高度，其主要实施对象为直径1m的天线框架台工业摄影测量系统。

接下来对本发明做进一步详细的描述。

如图1至图6所示，一种框架式对偶机构，包括框架1和顶部负载组件2，框架1的底部与基座3连接，框架1的顶部与顶部负载组件2连接；框架1是由多根弧形框架组件构成的弧形镂空式曲杆结构，弧形框架组件包括第一框架连杆101和第二框架连杆102，第一框架连杆101的顶端通过第一关节组件4与顶部负载组件2连接，第一框架连杆101的底端通过第二关节组件5与第二框架连杆102的顶端连接，第二框架连杆102的底端通过第三关节组件6与基座3的滑槽31连接。第一框架连杆101和第二框架连杆102的曲率一致，第一框架连杆101的两端和第二框架连杆102的两端均分布有螺纹孔，用于与其他组件固定连接，框架连杆细长且曲率一致，用于保证高度。

第一关节组件4为主动关节7或球形铰链关节8，第二关节组件5为主动关节7，第三关节组件6为球形铰链关节8。球形铰链关节8包括第一固定块81、第二固定块82、球状体83、活动杆84以及固定杆85，固定杆85的一端与第一固定块81连接，固定杆85的另一端与球状体83固定，活动杆84的一端为圆球状，嵌入球状体83中并能以球状体为基点转动，活动杆84的另一端与第二固定块82连接。球形铰链关节8可实现多自由度的旋转，配合主动关节7进行位姿调控。

主动关节7由两个单自由度驱动单元正交串接而成,单自由度驱动单元包括锥形转子71和环梁式定子72，锥形转子71绕环梁式定子72转动。

顶部负载组件2为矩形框架结构23，留出了充足的负载安装空间，矩形框架结构23中间固定一个负载相机21,用于空间定位拍摄。矩形框架结构23的四个角通过螺纹孔安装有U形槽连接件22，用于和关节组件的固定连接；其中，一组对角通过U形槽连接件22与主动关节7连接，另一组对角通过U形槽连接件22与球形铰链关节8连接。顶部负载组件2可以带动顶部负载相机21偏转，因为主动关节7的转子中轴线相互正交，驱动关节处可实现两个自由度的转动，框架式机构利用对偶与多点支撑，减少了由负载引起的支反力和振动影响。

如图7所示(24、扩展辅助负载(激光器)，9、摄影光路中轴线，Ⅰ、远距定向拍摄，Ⅱ、远距偏转拍摄，Ⅲ、近距定位拍摄，Ⅳ、停机收折状态)：

本发明还提供一种框架式对偶机构的使用方法，包括以下步骤：

S1、第一关节组件中主动关节的环梁式定子的悬臂梁上粘贴压电陶瓷，通电后由于逆压电效应，主动关节中两个悬臂梁产生时间和空间上具有π/2相位差的弯振，耦合而成面内弯曲行波；促使环梁式定子内环质点产生相应的椭圆运动，经过摩擦作用，带动锥形转子转动；进而由锥形转子的转动带动主动关节组件的转动；

S2、当主动关节转动时，其相连的弧形镂空式曲杆随之发生偏转，从而使框架顶端的位置在空间内呈任意变化，连接负载相机，当框架顶端运动到指定位置时，远程下达拍摄指令，即可实现在轨环境下的空间定向拍摄功能；

S3、当框架式对偶机构停止工作时，远程下达回归指令，主动关节再次运转，使框架运动，从而将框架式对偶机构收于天线面的一侧，不干扰光路，可有效避开待测面。

顶部负载组件可以带动顶部负载相机偏转，因为主动关节的转子中轴线相互正交，驱动关节处可实现两个自由度的转动，框架式机构利用对偶与多点支撑，减少了由负载引起的支反力和振动影响。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种框架式对偶机构，其特征在于，包括框架和顶部负载组件，所述框架的底部与基座连接，所述框架的顶部与顶部负载组件连接；所述框架是由多根弧形框架组件构成的弧形镂空式曲杆结构，所述弧形框架组件包括第一框架连杆和第二框架连杆，所述第一框架连杆的顶端通过第一关节组件与顶部负载组件连接，所述第一框架连杆的底端通过第二关节组件与第二框架连杆的顶端连接，所述第二框架连杆的底端通过第三关节组件与基座连接。

2.根据权利要求1所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述第一关节组件为主动关节或球形铰链关节，所述第二关节组件为主动关节，所述第三关节组件为球形铰链关节。

3.根据权利要求2所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述球形铰链关节包括第一固定块、第二固定块、球状体、活动杆以及固定杆，所述固定杆的一端与第一固定块连接，所述固定杆的另一端与球状体固定，所述活动杆的一端为圆球状，嵌入球状体中并能以球状体为基点转动，所述活动杆的另一端与第二固定块连接。

4.根据权利要求2所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述主动关节由两个单自由度驱动单元正交串接而成。

5.根据权利要求4所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述单自由度驱动单元包括锥形转子和环梁式定子，所述锥形转子绕环梁式定子转动。

6.根据权利要求1所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述顶部负载组件为矩形框架结构，所述矩形框架结构中间固定有一个用于拍摄的负载相机。

7.根据权利要求6所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述矩形框架结构的四个角安装有U形槽连接件，所述U形槽连接件与第一关节组件固定。

8.根据权利要求7所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述矩形框架结构的四个角中，一组对角通过U形槽连接件与主动关节连接，另一组对角通过U形槽连接件与球形铰链关节连接。

9.根据权利要求1所述的框架式对偶机构，其特征在于，所述第一框架连杆和第二框架连杆的曲率一致，所述第一框架连杆的端部和第二框架连杆的端部均分布有螺纹孔。

10.一种权利要求1所述的框架式对偶机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、第一关节组件中主动关节的环梁式定子的悬臂梁上粘贴压电陶瓷，通电后由于逆压电效应，主动关节中两个悬臂梁产生时间和空间上具有π/2相位差的弯振，耦合而成面内弯曲行波；促使环梁式定子内环质点产生相应的椭圆运动，经过摩擦作用，带动锥形转子转动；进而由锥形转子的转动带动主动关节组件的转动；

S2、当主动关节转动时，其相连的弧形镂空式曲杆随之发生偏转，从而使框架顶端的位置在空间内呈任意变化，连接负载相机，当框架顶端运动到指定位置时，远程下达拍摄指令，即可实现在轨环境下的空间定向拍摄功能；

S3、当框架式对偶机构停止工作时，远程下达回归指令，主动关节再次运转，使框架运动，从而将框架式对偶机构收于天线面的一侧，不干扰光路，可有效避开待测面。