专利名称：自平衡式的空间扫描支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种卫星扫描技术领域的装置，具体是一种自平衡式的空间扫描 支架。
背景技术：
随着现代科学技术的不断发展，卫星已经成为现代生活不可缺少的重要组成部 分，其中空间扫描系统的主要任务是全面、稳定地扫描观测区，并精确遥测数据。由于卫星 在外太空高速运行，根据动量守恒原则，扫描机构各个维度的转动，必将影响卫星体的运行 姿态。根据卫星工作的特殊需要，扫描机构具有以下要求机构能实现一定幅度的扫描，且 左右摆动及前后俯仰必须围绕同一个圆心；在保证一定刚度的条件下，机构的质量要尽可 能轻，工作时机构作用在星体上的动量力矩要尽可能小；机构要尽可能紧凑，充分利用有限 容积；机构顶部平台能承受一定体积的配重。目前，空间二维扫描有两种实现形式并联式和串联式。并联式扫描机构通过多个 驱动器驱动扫描转台，姿态非常丰富，可以实现多个方向的扫描；机构较为简单，安装方便。 其缺点是多个驱动器同步工作，部分驱动器之间的同步性要求较高，加大了出错的几率；为 保持扫描过程围绕同心转动，控制系统必将复杂，进而增加了卫星的制造成本，并且扫描转 台底部的驱动臂之间相互制约，限制了单个方向上转台的移动幅度。串联式扫描机构是通 过单维驱动机构串联而成的，每个维度的运动分别由单个驱动器驱动，具有较好的独立性， 便于控制，可靠性高。但缺点是扫描方向固定，机构可能复杂，结构上需做合理设计。经对现有技术的文献检索发现，空间扫描机构都不具备动量力矩自我补偿功能， 而主要通过控制动量平衡电机、陀螺仪的运动等来抵消扫描系统扫描过程中产生的动量 矩。这种方法对控制系统精度、响应速度都要求很高，加大了卫星的成本，并且当空间扫描 配重大，扫描速度相对较快时，通过这种方式来实现系统剩余动量矩的消除就有很大的局 限。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种自平衡式的空间扫描支架，结构 简单、重量轻，通过机构方面的设计，实现了前后、左右二维同心转动，能自我平衡、抵消大 部分剩余动量力矩，从而有效地减轻了控制系统的负担，降低了卫星制造成本。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括两个相互垂直且固定连接的摆 动支架，其中第一摆动支架的底部设置于卫星的星体上并实现横向摆动，第二摆动支架的 顶部与扫描仪固定连接并实现纵向摆动。所述的摆动支架包括平台、平衡底板、驱动电机、驱动齿轮和辅助齿轮，其中平 台与平衡底板活动连接，驱动电机的输出轴与驱动齿轮联接，驱动齿轮分别与平台和平衡 底板相啮合，平台和平衡底板都和辅助齿轮相啮合，驱动电机与平衡底板固定连接，所述第 一摆动支架的辅助齿轮与所述星体活动连接，所述第二摆动支架的辅助齿轮与所述第一摆动支架活动连接。所述的平台的底部和所述平衡底板的顶部相应位置均设有第一导向槽，导向轴穿 过平台和平衡底板的第一导向槽实现平板与平衡底板活动连接。所述的第一导向槽为同心圆弧结构。所述的星体上设有第一齿轮固定脚，该第一齿轮固定脚与所述第一摆动支架的辅 助齿轮相连接。所述的平衡底板的底部设有第二导向槽，该第二导向槽为同心圆弧结构且与第一 导向槽相互平行。所述的第一摆动支架的平板顶部设有第二齿轮固定脚，该第二齿轮固定脚与所述 第二摆动支架的辅助齿轮相连接。所述的平衡底板的底部内侧设有啮合齿，该啮合齿的模数与辅助齿轮相同。所述的导向槽径向宽度大于与之相啮合辅助齿轮的主轴直径。所述的导向槽的弧形角度与齿轮的主轴相匹配且不发生干涉。本发明的效果在于结构上尽可能地减轻重量，使外观简明整洁，小平台能实现前 后俯仰运动，大平台呈90度串联固定在小平台之上能实现左右摇摆运动，并且两个方向上 的运动是同心的。平衡底板与相应的平台做反向运动，抵消了大部分扫描过程中产生的力 矩，解决了扫描系统通过控制动量平衡电机、陀螺仪的运动等来抵消扫描过程中产生的动 量矩导致系统控制复杂、成本增加的问题。
图1为本发明结构示意图。图2为本发明小平台结构示意图。图3为本发明平衡底板结构示意图。图4为驱动齿轮(含电机)放大图。图5为辅助齿轮放大图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括两个相互垂直且固定连接的摆动支架1、2，其中第一 摆动支架1的底部设置于卫星的星体3上并实现横向摆动，第二摆动支架2的顶部与扫描 仪固定连接并实现纵向摆动。所述的摆动支架包括平台4、平衡底板5、辅助齿轮6、驱动电机7和驱动齿轮14， 其中平台4与平衡底板5活动连接，驱动电机7的输出轴与驱动齿轮14联接，驱动齿轮14 分别与平台4的啮合齿15和平衡底板5的啮合齿13啮合，辅助齿轮6分别与平台4的啮 合齿15和平衡底板5的啮合齿13啮合，驱动电机7与平衡底板5固定连接，所述第一摆动 支架1的辅助齿轮6与所述星体3活动连接，所述第二摆动支架2的辅助齿轮6与所述第 一摆动支架1活动连接。
所述的平台4的底部和所述平衡底板5的顶部相应位置均设有第一导向槽8，导向 轴9穿过平台4和平衡底板5的第一导向槽8实现平板与平衡底板5活动连接；所述的第一导向槽8为同心圆弧结构。所述的星体3上设有第一齿轮固定脚10，该第一齿轮固定脚10与所述第一摆动支 架1的辅助齿轮6相连接；所述的第一摆动支架1的平板顶部设有第二齿轮固定脚11，该第二齿轮固定脚11 与所述第二摆动支架2的辅助齿轮6相连接。所述的平衡底板5的底部设有第二导向槽12，该第二导向槽12为同心圆弧结构且 与第一导向槽8相互平行。所述的平衡底板5的底部内侧设有啮合齿13，该啮合齿13的模数与辅助齿轮6的 模数相同。所述的平台4底部设有啮合齿15，该啮合齿15的模数与辅助齿轮6的模数相同。下方导向槽的外形尺寸需保证在运动时与齿轮的主轴不发生干涉。本装置通过以下方式进行工作所述的驱动电机7的转速由扫描角度和扫描周期决定，驱动电机7转动，使驱动齿 轮14以同样的速度旋转，通过驱动齿轮14和平台4、平衡底板5的啮合，带动平台4和平 衡底板5以相同的角速度转动，转动方向相反，运动到指定位置后，驱动电机7反转，循环往 复，以此实现摆动支架1的左右摇摆运动和摆动支架2的前后俯仰运动。
权利要求
1.一种自平衡式的空间扫描支架，包括两个相互垂直且固定连接的摆动支架，其中 第一摆动支架的底部设置于卫星的星体上并实现横向摆动，第二摆动支架的顶部与扫描仪 固定连接并实现纵向摆动，其特征在于所述的摆动支架包括平台、平衡底板、驱动电机、 驱动齿轮和辅助齿轮，其中平台与平衡底板活动连接，驱动电机的输出轴与驱动齿轮联 接，驱动齿轮分别与平台和平衡底板相啮合，平台和平衡底板都和辅助齿轮相啮合，驱动电 机与平衡底板固定连接，所述第一摆动支架的辅助齿轮与所述星体活动连接，所述第二摆 动支架的辅助齿轮与所述第一摆动支架活动连接。
2.根据权利要求1所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的平台的底部和 所述平衡底板的顶部相应位置均设有第一导向槽，导向轴穿过平台和平衡底板的第一导向 槽实现平板与平衡底板活动连接。
3.根据权利要求2所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的第一导向槽为 同心圆弧结构。
4.根据权利要求1所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的星体上设有第 一齿轮固定脚，该第一齿轮固定脚与所述第一摆动支架的辅助齿轮相连接。
5.根据权利要求2所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的平衡底板的底 部设有第二导向槽，该第二导向槽为同心圆弧结构且与第一导向槽相互平行。
6.根据权利要求1所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的第一摆动支架 的平板顶部设有第二齿轮固定脚，该第二齿轮固定脚与所述第二摆动支架的辅助齿轮相连 接。
7.根据权利要求1所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的平衡底板的底 部内侧设有啮合齿，该啮合齿的模数与辅助齿轮相同。
8.根据权利要求2或5所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的导向槽径向 宽度大于与之相啮合辅助齿轮的主轴直径。
9.根据权利要求2或5所述的自平衡式的空间扫描支架，其特征是，所述的导向槽的弧 形角度与齿轮的主轴相匹配且不发生干涉。
全文摘要
一种卫星扫描技术领域的自平衡式的空间扫描支架，包括两个相互垂直且固定连接的摆动支架，其中第一摆动支架的底部设置于卫星的星体上并实现横向摆动，第二摆动支架的顶部与扫描仪固定连接并实现纵向摆动。本装置结构简单、重量轻，通过机构方面的设计，实现了前后、左右二维同心转动，能自我平衡、抵消大部分剩余动量力矩，从而有效地减轻了控制系统的负担，降低了卫星制造成本。
文档编号F16M11/18GK102080760SQ20101052571
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月30日 优先权日2010年10月30日
发明者史耀强, 缪松华, 顿向明 申请人:上海交通大学