CS217044B1

CS217044B1 - Double-coordinate stabilized platform

Info

Publication number: CS217044B1
Application number: CS815080A
Authority: CS
Inventors: Jiri Recek; Jiri Ruzicka
Original assignee: Jiri Recek; Jiri Ruzicka
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1982-12-31

Description

Vynález se týká dvousouřadnicové stabilizované plošiny pro přesné zaměřování astronomických přístrojů, umístěných na umělé družici Země, u níž je nově vyřešeno kinematické uspořádání stavěčích servemechánismů a umístění jednosouřadnicových slunečních čidel.The present invention relates to a two-coordinate stabilized platform for accurate alignment of astronomical instruments, placed on an artificial Earth satellite, in which the kinematic arrangement of the set servo-mechanisms and the positioning of single-coordinate solar sensors is newly solved.

Dosud známé dvousouřadnicevé stabilizované plošiny pro zaměřování astronomických přístrojů, jsou konstruovány z několika rámů, které jsou spolu spojeny formou křížových kloubových tzv.The previously known two-coordinated stabilized platforms for the astronomical instruments are constructed from several frames, which are connected together in the form of cross-hinged so-called.

kardanových závěsů, přičemž jeden z rámů nese dvousouřadnicové směrové čidlo. Nevýhodou tohote systému je, že větší počet rámů brání minimalizaci hmotnosti zařízení a rovněž značný počet kloubů vícestupňového křížového závěsu snižuje celkovou mechanickou tuhost a přesnost stavění polohy jednotlivých rámů. Na rotační servomechanismy, upevněné přírubově v osách kyvných kloubů, jsou kladeny velké nároky na mechanickou přesnost stavění úhlové polohy, jelikož výstupní kyvný člen servomechanismu má relativně malý poloměr. Tepelnou nebo mechanickou deformací rámů se do dvausouřadnicového směrového čidla vnáší úhlová chyba zaměření.gimbals, one of the frames carrying a two-coordinate directional sensor. The disadvantage of this system is that a larger number of frames prevent minimizing the weight of the device, and also a considerable number of multi-stage cross-hinge joints reduce overall mechanical stiffness and positioning accuracy of individual frames. Rotary servo mechanisms mounted flanged in the axes of the swivel joints place great demands on the mechanical accuracy of angular positioning, since the output oscillating member of the servomechanism has a relatively small radius. By means of thermal or mechanical deformation of the frames, an angular positioning error is introduced into the two-coordinate directional sensor.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny dvousouřadnicovou stabilizovanou plošinou podle vynálezu, jehož podstatou je to, že k rámu družice jsou ve vedlejších vrcholech rovnoramenného trojúhelníka připevněny stavěči servomechanismy a v hlavním vrcholu trojúhelníka pevná noha plošiny, k jejichž horním částem jsou připevněny kulové klouby, přičemž kulový kloub v hlavním vrcholu rámu měřicích přístrojů je prostorově fixní a kulové klouby na koncích ramen rámu měřicích přístrojů jsou-výškově posuvné stavěcími servomechanismy. Zároveň jsou kulové klenby připevněné na spodní části rámu měřicích přístrojů, zetímco na vrchní části rámu měřicích přístrojů ve tvaru rovnoramenného trojúhelníka jsou ve vrcholech trojúhelníka upevněny kulové klouby, z nichž kulový kloub umístěný v-hlavním vrcholu rovnoramehného trojúhelí nika je prostorově fixní a kulové klouby umístěné ve vedlejších vrcholech trojúhelníka jsou výškově posuvné pomocí stavěčích servem- chanismů, které jsou spodním koncem spojeny s kulovými klouby a horním koncem připojeny na koncích rovnoramenného rámu směrových čidel, v jehož středních částech ramen jsou připevněny jednosouřadnicová směrová čidla. Kolmo na plochu trojúhelníkového rámu měřicích přístrojů jsou připevněny optické měřicí přístroje.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the two-coordinate stabilized platform according to the invention, which consists in that the servo-mechanisms are attached to the satellite frame at the minor vertices of the isosceles and at the main apex of the rigid platform. in the main apex of the measuring instrument frame is spatially fixed and the ball joints at the ends of the measuring instrument frame arms are height-adjustable by servo mechanisms. At the same time, the spherical vaults are attached to the lower part of the measuring instrument frame, while at the top of the measuring instrument frame in the shape of an isosceles triangle spherical joints are fixed at the vertices of the triangle. at the minor vertices of the triangle, they are height-adjustable by means of adjusting servomotors, which are connected to the ball joints at the lower end and connected at the ends of an isosceles directional sensor frame, in whose central parts of the arms are mono-coordinate directional sensors. Optical measuring instruments are mounted perpendicular to the surface of the triangular measuring instrument frame.

Pevným spojením spodních stavěčích servomechanismů s rámem družice a horních servemechanismů s rámem směrových čidel se zmenší celkový počet kloubů soustavy a zvětší sa tím tuhost systému, což zaručuje větší přesnost stabilizace. Klouby s podélnou a křížovou dilatací umožňují volnou tepelnou dilatací rámu měřicích přístrojů a rámu směrových čidel, Čímž se zabrání prostorové deformaci rámů, která by rovněž zhoršovala přesnost směrové stabilizace. Umístěním dvou jednosouřačnicových směrových čidel doprostřed délky ramene rámu směrových čidel se zaručí jejich necitlivost k směrové chybě způsobené případným mechanickým průhybem ramene, neboť tečna k průhybové křivce nezmění svůj směr. Novým kinematickým uspořádáním se rovněž zmenší na polovinu počet rámů ve srovnání se systémy s kardenovými závěsy, čímž je možné zmenšit celkovou hmotnost systému.By rigidly connecting the lower servo mechanisms to the satellite frame and the upper servo mechanisms to the directional sensor frame, the overall number of joints in the system is reduced and the system stiffness is increased, which ensures greater stabilization accuracy. The joints with longitudinal and cross dilatation allow free thermal expansion of the measuring instrument frame and the directional sensor frame, thus avoiding spatial deformation of the frames, which would also impair the accuracy of directional stabilization. Placing two single-coordinate directional sensors in the middle of the arm length of the directional sensor frame ensures their insensitivity to the directional error caused by possible mechanical deflection of the arm, since the tangent to the deflection curve does not change its direction. The new kinematic arrangement also reduces by half the number of frames compared to kardened hinge systems, thereby reducing the total weight of the system.

Na výkresu je schematicky znázorněn příklad kinematického konstrukčního uspořádání dvousouřadnicové stabilizované plošiny v axonometrickém pohledu.The drawing schematically shows an example of a kinematic design of a two-coordinate stabilized platform in an axonometric view.

Dvousouřadnicové stabilizovaná plošina je konstruovaná tak, že a. rámem družice 1 jsou pevně spojeny tělesa dvou spodních stavěčích servomechanismů £ a pevná noha plošiny 2. Výsuvná část jednoho stavěcího servomechanismů 4 je zakončena spodním kulovým kloubem s radiální dilatací 2 a výsuvná část druhého servomechanismů £ je zakončena spodním kulovým kloubem s křížovou dilatací 6. Křížová dilatace je umocněna křížovou kloubovou vložkou 11. Horní část pevné nohy plošiny £ j® zekončena spodním kulovým kloubem 2· Na výše uvedené kulové klouby 2,2 a 6 je svou spodní částí usezen rám měřicích přístrojů 2· Spodní kulový kloub 2 je umístěn v počátku trojosé pravoúhlé souřadnicové soustavy x,x,JL· Spodní kulový kloub s radiální dilatací 2 j^e umístěn na ose % a spodní kulový kloub s křížovou dilatací 6 je umístěn ne ose z. Horní část. rámu měřicích přístrojů 2 j® opatřena herním kulovým kloubem 8, horním kulovým kloubem s radiální dilatací £ a horním kulovým kloubem s křížovou dilatací 10. Spojnice kulových kloubů 2 a £ je rovnoběžná s ©sou χ a spojnice kulových kloubů 8 a 10 .ie rovnoběžná s osou z. Zároveň spojnice kulových kloubů 2>2 s 6. 10 jseu rovnaběžně s osou x a jsou od této osy x stejně vzdáleny. S horním kulovým kloubem s radiální dilatací £ je spojena výsuvná část prvního horního stavěcího servomechanismů 12 a e heřním kulovým kloubem s křížovou dilatací 10 je'spojena výsuvná část druhého horního stavěcího servemechanismů 12» Tělesa herních stavěčích servomechanismů 12 jaoU pevně spojena s rámem směrových čidel 12· Vnější těleso horního kulového kloubu 8 je rovněž pevně spojeno s rámem směrových čidel 13. Každé čidlo z dvojice jedntsouřadnicových směrových čidel 14 je pevně připojeno uprostřed délky ramene rámu.směrových čidel 13. Astronomický měřicí přístroj 15 (případně více přístrojů) je pevně připojen na rám měřicích přístrojů 2» přičemž eptická esa přístroje je kolmá na rovinu χ-£.The two-coordinate stabilized platform is designed such that a. The bodies of the two lower adjusting servo mechanisms 6 and the fixed leg of the platform 2 are fixedly connected to the frame of the satellite 1. The extension part of one adjustment servo 4 terminates in the lower ball joint with radial expansion 2. terminated by a lower ball joint with a cross dilation 6. The cross dilation is enhanced by a cross ball joint 11. The upper part of the rigid platform 5 is terminated by the lower ball joint 2. 2 · the lower ball joint 2 is positioned at the beginning of a three axis Cartesian coordinate system X, JL · lower ball joints with radial dilatation 2 j ^e located on the axis% and the lower ball joint cross dilatation 6 is placed not z-axis. the top part. In the frame of the measuring apparatus 2, the ball joint 8, the upper ball joint with radial expansion 8 and the upper ball joint with cross dilation 10 are provided. The joint of the ball joints 2 and £ is parallel At the same time, the joints of the ball joints 2> 2 with 6. 10 are parallel to the x-axis and are equidistant from the x-axis. With the upper ball joint with radial dilatation 8, the extension part of the first upper servo servo mechanism 12 is connected and with the cross ball dilatation 10, the extension part of the second upper servo servo mechanism 12 is connected. The outer body of the upper ball joint 8 is also rigidly connected to the frame of the directional sensors 13. Each sensor of a pair of one-coordinate directional sensors 14 is rigidly connected in the middle of the frame arm length. the measuring instruments 2, wherein the eptic ace of the instrument is perpendicular to the plane χ-δ.

21704-421704-4

Dvousouřadnicová stebilizevaná plešina plni funkci automatické kompensace chyby orientace rámu družice 1 vůči středu zaměřovaného zářícího objektu 16. funkci zaměřování optické osy astronomického přístroje 15 de zadaného bědu zaměřovaného světelného objektu 16 a funkci řádkového rozkladu (skenování) vybrapé>oblasti obrazu mechanickým pohybem. Předpokladem pre plnění těchto funkcí je tříosá hrubá prostorová stabilizaceřrámu družice 1. Počátkem dveusouřadnicevé vztažné soustavy je střed zaměřovaného světelného objektu 16. ^xen je vyhodnocován pomoci dvou jednoseuřadnicevých směrových čidel 14. Jedno směrové čidle 14 vyhodnocuje úhlovou chybu zaměření do počátku souřadnicové soustavy v rovině x-z. a druhé v rovině χ-χ· Spodní servomechanismus 4 umístěný v rovině χ-χ je elektricky spřažen se směrovým čidlem 14 umístěným rovněž v této rovině a analogicky je elektricky spřažena druhá dvojice umístěná v rovině x-z. Směrová chyba zaznamenaná směrovými čidly 14 je elektromechanicky kompenzována zdvihem pohyblivé části spodních servemechánismů 4· Tato vazba zejišluje nepřetržitou stabilizační funkci plošiny. Přechod optické osy estronomického měřicího přístroje 15 do zadaného bodu obrazu zaměřovaného zářícího objektu 16 se realizuje současným zadáním žádané výchylky do dvojice proti sobě ležícímh spodních a horních stevěcích servemechánismů 4 a 12, přičemž u horního servomechánisrnu je vždy směr výchylky opačného znaménka než u spodního. Touto vazbou se po realizsci úhlové výchylky rámu měřidích přístrojů 2. neporuší směr optické osy směrových čidel 14 a nedojde tak k ovlivnění výše uvedené stabilizační funkce plošiny. Skenování je analogií přechodu optické osy do zadaného bodu, jelikož jde o proces programově řízené posloupnosti souřadnicových přechodů.The two-coordinate stabilized ballast has the function of automatically compensating the orientation error of the satellite frame 1 relative to the center of the focused glowing object 16. the optical axis of the astronomical instrument 15 de-targets the focused light object 16 and the scanning line of the selected image area by mechanical movement. A prerequisite for performing these functions is triaxial coarse spatial stabilizaceřrámu satellites beginning dveusouřadnicevé first reference frame is the center of the focused light object 16th en ^x is evaluated by using the two directional jednoseuřadnicevých sensors 14. One beam sensor 14 evaluates the angular orientation error to the beginning of the coordinate system in the plane xz . and the other in the χ-χ plane. The lower servomechanism 4 located in the χ-χ plane is electrically coupled to a direction sensor 14 located also in this plane, and analogously the second pair located in the xz plane is electrically coupled. The directional error recorded by the direction sensors 14 is electromechanically compensated by the stroke of the movable part of the lower servo-mechanisms 4. This coupling makes the platform stable for continuous operation. Transition of the optical axis of the estronomic measuring device 15 to a given point of the image of the focused glowing object 16 is effected by simultaneously entering the desired deflection into a pair of opposing lower and upper sewer servo-mechanisms 4 and 12, the direction of deflection opposite. This coupling does not break the direction of the optical axis of the direction sensors 14 after the angular deflection of the measuring instrument frame 2 has been realized and thus does not affect the above-mentioned stabilizing function of the platform. Scanning is analogous to the transition of the optical axis to a specified point, since it is a process of program-controlled sequence of coordinate transitions.

Stavebnicová konstrukce plošiny umožňuje snadné přizpůsobení se zadaným požadavkům. Když je např, požadován pouze stabilizační režim plošiny do středu zaměřovaného světelného objektu, je možno jednoduše sejmout rám směrových čidel 13 a směrová čidla 14 namontovat do poloviny délky ramen rámu měřicích přístrojů V principu je možné i kinematické uspořádání s kloubovým upevněním rámu směrových čidel 13 na spodních servomechanismech a rámu měřicích přístrojů 2 na horních servomechanismech 12. Stabilizační funkci plošiny opět zajištují jen spodní servemechánisrny 4.· Přechod do souřadnic se v tomto případě realizuje pouze zdvihem horních servomechaniftoů 12. U této alternativy se však sníží mechanická tuhost uležení výstupního mechanického členu, tj. rámu měřicích přístrojů 2 ^s astronomickým měřicím přístrojem 15 (zvětšení stavební výšky od základny rámu družice 1,).The modular construction of the platform allows easy adaptation to the specified requirements. For example, if only the stabilization mode of the platform is required in the center of the focused light object, the frame of the directional sensors 13 can be simply removed and the directional sensors 14 mounted halfway along the arm length of the measuring instrument frame. lower servomechanisms and measuring instrument frame 2 on upper servomechanisms 12. Only the lower servomechanisms 4 ensure the stabilization function of the platform again. i.e. the frame of the measuring instruments 2 ^{with the} astronomical measuring instrument 15 (increase of the construction height from the base of the satellite frame 1,).

Popsané řešení dvousouřadnicové stabilizované plošiny je uvažováno pro použití přesného zaměřování astronomických přístrojů pro výzkum Slunce z umělých družic s přesností stabilizace řádově několika úhlových vteřin. Uvedený systém lze obecně použít pro přesné zaměřování jakýchkoliv typů optických měřicích přístrojů na zkoumaný zářící objekt.The described solution of a two-coordinate stabilized platform is considered for the use of precise surveying of astronomical instruments for the research of the Sun from artificial satellites with the stabilization accuracy of the order of several angular seconds. The system can generally be used to accurately direct any type of optical measuring instrument to the object of interest.

Claims

A two-coordinate stabilized platform for precisely aiming measuring instruments at a radiant object, consisting of a measuring instrument frame and a directional sensor frame interconnected by servo-mechanisms and spherical joints, characterized in that k <the satellite frame (1) are at minor vertices of an isosceles triangle fixed by adjusting servemechanisms (4) and at the main apex of the triangle fixed platform (2), to whose upper parts are attached ball joints (3,5,6), the ball joint (3) in the main apex of the measuring instrument frame (7) is Spatially fixed and spherical joints (5,6) at the ends of the arms of the measuring instrument frame (7) are height-adjustable by servo-actuators (4) and at the same time the spherical joints (3,5,6) are mounted on the bottom of the measuring instrument frame (7). while on the upper part of the frame of measuring instruments (7) in the shape of an isosceles triangle spherical joints (8, 9, 10) are fixed at the vertices of the triangle, of which the spherical joint (8), located at the main apex of the isosceles triangle, is spatially fixed and the spherical joints (9, 10) located at the adjacent vertices of the triangle by means of adjusting servemechanics (12) which are connected by a lower cock to the ball joints (9, 10) and upper end connected at the ends of an isosceles frame of directional sensors (13), in whose middle parts of arms are mono-coordinate directional sensors (14) optical measuring instruments (15) are mounted on the triangular frame of the measuring instruments (7).

2. The stabilized platform according to claim 1, characterized in that the joints of the ball joints (3,5) and (8,9) lie in one parallel plane (xy) and are parallel, and the joints of the ball joints (3,6) and (8,10) lie in the second plane (xz) being parallel, wherein the joints of the outer ball joints (5,9) and (6,10) are parallel to each other and equidistant from the joint of the fixed ball joints (3,8).