CN208738413U - 一种基于索的位姿调节与控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于索的位姿调节与控制系统，包括：N座支撑塔、N条承载和主控索、若干根姿态和稳定索、若干根电力和信号传输索以及馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台。本实用新型通过将受控设备分解为基本位置平台部分和姿态部分，大大降低了控制难度，并且可以有重点地对姿态精调部分进行电磁兼容处理。本实用新型虽然增加了索的数量，但通过对索的功能分类处理，实现了更为精确稳定的控制，节约塔建设成本，优化维护措施的目的。为应用于更大尺度范围内的设备位置和姿态控制提供了基本条件。

Description

一种基于索的位姿调节与控制系统

技术领域

本实用新型涉及射电天文望远镜中馈源舱的支撑控制领域，尤其是涉及一种基于索的位姿调节与控制系统。

背景技术

在射电天文望远镜领域，来自宇宙天体的微弱信号经过主反射面反射聚焦后，需要经过后续处理，馈源舱是其中一种型式，典型应用案例是美国ARECIBO望远镜和中国FAST望远镜。在美国ARECIBO望远镜中，采用固定的305米口径球面反射面。在周边山体上，用三根索通过三座塔支撑起一个固定的三角形框架平台，在三角形框架平台下部安装有可以沿着导轨在一定范围内移动的球形设备室，天体信号经球面反射后，在球形设备室内经二次和三次反射后聚焦。对于某个确定的指向，其主反射面的有效口径约250米。对于中国FAST望远镜，采用可调节面形的500米口径球面反射面。在周边山体上，用六根索通过六座塔支撑起一个馈源舱，通过这六根索对该馈源舱进行初级位置和姿态调节，在馈源舱内利用六杆机构(Stewart平台)进行进一步更精细的位置和姿态调节。对于某个确定的指向，整个球面的一部分形成有效口径约300米的抛物面。天体信号经该抛物面反射后，进入馈源舱内的接收系统进行处理。

对于口径达到几百米或以上的巨型望远镜，包括射电望远镜和光学望远镜，其主反射面后的设备如射电望远镜的馈源舱和光学望远镜的副面，一般距离主反射面距离较远，难以与主反射面之间形成如小型望远镜那样的相对固定的三足或四足支撑结构，通过索和塔进行支撑和控制是一种必然的选择。

悬索结构的主要特点是非线性、滞后大、惯性大和刚度较弱。如FAST馈源舱的支撑和位置控制方式也不例外，馈源舱位于距离反射面约150米的空中，其位置和姿态容易受到风力的影响，FAST的方案目前是通过二次精调平台予以改进的。该方案对二次精调平台的性能要求过高，当应用于更大尺度时可能会存在较大困难，实际实施及维护难度会增大许多，有必要研发更为精确、稳定和易于维护的索支撑方式。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于索的位姿调节与控制系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于索的位姿调节与控制系统，包括：N座支撑塔、N条承载和主控索、若干根姿态和稳定索、若干根电力和信号传输索以及馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台；其中，

所述馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台包括依次连接的基本位置平台、位置姿态粗调平台以及位置姿态精调平台；所述基本位置平台和所述位置姿态粗调平台之间通过万向节连接，所述位置姿态精调平台下方连接馈源舱和接收机/望远镜副面；

所述承载和主控索的一端与所述基本位置平台固定连接，中部通过所述支撑塔顶部的定滑轮实现换向，另一端与支撑塔底部地面上的卷扬机连接；

相邻支撑塔顶部之间设置有邻接索，所述邻接索上设置有动滑轮，所述动滑轮的下滑轮上安装所述姿态和稳定索和/所述电力和信号传输索；所述姿态和稳定索以及所述电力和信号传输索的一端与设置在地面的卷扬机连接，另一端与所述位置姿态粗调平台连接；

所述N＞2。

作为一种进一步的技术方案，4≤N≤6。

作为一种进一步的技术方案，所述姿态和稳定索的数量为N-1，所述电力和信号传输索的数量为1。

作为一种进一步的技术方案，所述邻接索的两端通过安装在所述支撑塔顶端或中上部的定滑轮进行换向，并通过位于地面的卷扬机设备进行调节。

作为一种进一步的技术方案，所述动滑轮的上滑轮外壳上连接有导向索，通过所述导向索调节动滑轮的位置，所述导向索的两端分别可拆卸连接在相邻的所述支撑塔的中上部。

作为一种进一步的技术方案，所述位置姿态精调平台包括级联的两个Stewart平台，其中与所述馈源舱和接收机/望远镜副面相连的所述Stewart平台精度更高。

作为一种进一步的技术方案，所述万向节为球铰接结构。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过将受控设备分解为基本位置平台部分和姿态部分，大大降低了控制难度，并且可以有重点地对位置姿态粗调和精调部分进行电磁兼容处理。本实用新型虽然增加了索的数量，但通过对索的功能分类处理，实现了更为精确稳定的控制，节约塔建设成本，优化维护措施的目的。为应用于更大尺度范围内的设备位置和姿态控制提供了基本条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于索的位姿调节与控制系统的整体结构示意图；

图标：1-支撑塔；2-承载和主控索；3-姿态和稳定索；4-电力和信号传输索；5-基本位置平台；6-位置姿态粗调平台；7-万向节；8-馈源舱和接收机/望远镜副面；9-定滑轮；10-卷扬机；11-邻接索；12-动滑轮；13-卷扬机；14-导向索；15-Stewart平台；16-Stewart平台。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

结合图1所示，本实施例提供一种基于索的位姿调节与控制系统，包括：N座支撑塔1、N条承载和主控索2、若干根姿态和稳定索3、若干根电力和信号传输索4以及馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台；其中，

所述馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台包括依次连接的基本位置平台5、位置姿态粗调平台6以及位置姿态精调平台；所述基本位置平台5和所述位置姿态粗调平台6之间通过万向节7连接，所述位置姿态精调平台下方连接馈源舱和接收机/望远镜副面8；基本位置平台部分与承载和主控索的一端连接，受该索控制。该部分同时还与电力和信号传输索的一端连接；位置姿态粗调平台，该部分与基本位置平台之间是万向节型式的动态连接，如球铰接。该部分与姿态和稳定索的一端连接；位置姿态精调平台，该部分通过六足机构Stewart平台对核心设备如馈源和接收机设备实现精确的位置和姿态控制；该部分不与任何索连接。

所述承载和主控索1的一端与所述基本位置平台5固定连接，中部通过所述支撑塔1顶部的定滑轮9实现换向，另一端与支撑塔底部地面上的卷扬机10连接；对于数量为N的承载和主控索，通过N座支撑塔进行支撑，在支撑塔顶部有定滑轮，在支撑塔底部及附近的地面安装有卷扬机对该索进行收缩，从而初步控制设备如馈源舱在空中的位置。在工作时，承载和主控索是需要运动的。

相邻支撑塔顶部之间设置有邻接索11，所述邻接索11上设置有动滑轮12，所述动滑轮12的下滑轮上安装所述姿态和稳定索3和/所述电力和信号传输索4；所述姿态和稳定索3以及所述电力和信号传输索4的一端与设置在地面的卷扬机13连接，另一端与所述姿态粗调平台6连接；邻接索11是后续的姿态和稳定索，以及电力和信号传输索的连接依托，在工作时保持固定。需要施加预应力，该预应力可以参照承载和主控索的最大张力，也可以根据设计计算另行确定。

所述N＞2。本实用新型按照功能的不同，对索进行分类，分为承载和主控索，姿态和稳定索，以及电力和信号传输索。承载索的主要功能是承载受控设备如馈源舱的重量，并进行初步的位置调节。承载索的支撑要求相对较高，其数量与塔的数量一致。进行功能分类后的优点是可以相互独立地进行设计、制造和维护，并且为更加精确和稳定的位置和姿态调节与控制提供了更多的选择。

作为一种进一步的技术方案，4≤N≤6。

作为一种进一步的技术方案，所述姿态和稳定索3的数量为N-1，所述电力和信号传输索4的数量为1。当然，也可以对每根姿态和稳定索伴随布设一根电力和信号传输索，作为硬件备份措施。

作为一种进一步的技术方案，所述邻接索11的两端通过安装在所述支撑塔顶端或中上部的定滑轮进行换向，并通过位于地面的卷扬机设备进行调节。

作为一种进一步的技术方案，所述动滑轮12的上滑轮外壳上连接有导向索14，通过所述导向索14调节动滑轮12的位置，所述导向索14的两端分别可拆卸连接在相邻的所述支撑塔1的中上部。

作为一种进一步的技术方案，所述姿态精调平台包括级联的两个Stewart平台15和16，其中与所述馈源舱和接收机/望远镜副面相连的所述Stewart平台16精度更高。Stewart平台16也可以选择其它多自由度精确调节结构。本实用新型在粗调平台的基础上，增加一级姿态精调平台，以Stewart原理的调节平台为例，精调平台能够达到的位置和姿态控制精度可以满足光学望远镜的要求。

FAST是通过六根索和一级Stewart平台对馈源舱整体进行位置和姿态控制，这样的控制难度较大。而本实用新型通过将受控设备分解为基本位置平台部分和姿态部分，大大降低了控制难度，并且可以有重点地对姿态粗调和精调部分进行电磁兼容处理。本实用新型与FAST相同的是，通过六足机构Stewart平台对核心设备如馈源和接收机设备实现精确的位置和姿态控制。

综上，本实用新型虽然增加了索的数量，但通过对索的功能分类处理，实现了更为精确稳定的控制，节约塔建设成本，优化维护措施的目的。为应用于更大尺度范围内的设备位置和姿态控制提供了基本条件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

致谢：感谢国家自然科学基金项目11773041对本申请的资助！

Claims (7)

1.一种基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，包括：N座支撑塔、N条承载和主控索、若干根姿态和稳定索、若干根电力和信号传输索以及馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台；其中，

所述馈源舱和接收机/望远镜副面位置调整平台包括依次连接的基本位置平台、位置姿态粗调平台以及位置姿态精调平台；所述基本位置平台和所述位置姿态粗调平台之间通过万向节连接，所述位置姿态精调平台下方连接馈源舱和接收机/望远镜副面；

所述承载和主控索的一端与所述基本位置平台固定连接，中部通过所述支撑塔顶部的定滑轮实现换向，另一端与支撑塔底部地面上的卷扬机连接；

相邻支撑塔顶部之间设置有邻接索，所述邻接索上设置有动滑轮，所述动滑轮的下滑轮上安装所述姿态和稳定索和/所述电力和信号传输索；所述姿态和稳定索以及所述电力和信号传输索的一端与设置在地面的卷扬机连接，另一端与所述位置姿态粗调平台连接；

所述N＞2。

2.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，4≤N≤6。

3.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，所述姿态和稳定索的数量为N-1，所述电力和信号传输索的数量为1。

4.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，所述邻接索的两端通过安装在所述支撑塔顶端或中上部的定滑轮进行换向，并通过位于地面的卷扬机设备进行调节。

5.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，所述动滑轮的上滑轮外壳上连接有导向索，通过所述导向索调节动滑轮的位置，所述导向索的两端分别可拆卸连接在相邻的所述支撑塔的中上部。

6.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，所述位置姿态精调平台包括级联的两个Stewart平台，其中与所述馈源舱和接收机/望远镜副面相连的所述Stewart平台精度更高。

7.根据权利要求1所述的基于索的位姿调节与控制系统，其特征在于，所述万向节为球铰接结构。