一种天文望远镜用索驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到于天文领域，特别是涉及到一种天文望远镜用索驱动系统。
【背景技术】
[0002]500 米口径球面射电望远镜(Five hundred meters Aperture SphericalTelescope，简称FAST)是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一，采用我国科学家独创的设计和我国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件，建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨型射电望远镜。FAST建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜，FAST将在未来20?30年保持世界一流设备的地位。主要有三项自主创新:利用独一无二的贵州天然喀斯特洼地台址；发明主动变形反射面；轻型索拖动机构和并联机器人，实现望远镜接收机的高精度定位。
[0003]索驱动机构是FAST的重要组成部分，其性能直接影响射电望远镜的接收灵敏度、精度和效果。使用一种绳牵引并联机构的柔性索驱动是FAST的技术创新之一:均匀分布在直径600米圆周的6座百米高塔支撑6根钢索，6根钢索形成一个索牵引并联机构，该机构拖动30吨的FAST馈源舱在150米高空200米范围内做天文跟踪运动，通过一次索驱调整达到最大控制误差48毫米，位姿角误差I度。
[0004]本申请人在先前的一份申请号为200910079870.1的专利中公开了一种大口径射电望远镜被动式缆线进舱连接机构，该机构包括支撑塔、馈源舱、支撑索，馈源舱通过支撑塔及支撑索悬吊在射电望远镜主动反射面上空的焦点位置上，馈源舱位置和支撑索长度均随焦点位置的改变而改变，其中，所述馈源舱与外界相接的缆线沿其中一根支撑索向外引出。
[0005]然而如何在大跨度空间内实现6索并联空间6自由度姿态的控制，以及在大角度、变长度、室外风载下钢丝绳上拖挂缆线电缆滑车的更加可靠、重量更轻，是本领域科研人员孜孜不倦所追求的目标。
【发明内容】
[0006]本发明目的就在于提供一种在大角度、变长度、室外风载下可靠控制天文望远镜用索驱动系统。
[0007]为实现上述目的，本发明一种天文望远镜用索驱动系统包括支撑塔、支撑索、用于控制所述支撑索长度的驱动机构和电控系统、用于连接馈源舱与外界的缆线及其缆线进舱连接机构；馈源舱通过支撑塔及支撑索悬吊在射电望远镜主动反射面上空的焦点位置上，电控系统通过控制驱动机构来调节所述支撑索的长度进而控制馈源舱位置随焦点位置的改变而改变，其中，所述缆线和缆线进舱连接结构设置在每一根支撑索上。
[0008]进一步，所述驱动机构包括若干个与所述支撑索一一对应的驱动单元，即每个驱动单元单独控制一根所述支撑索；所述驱动单元包括伺服电机、减速机、制动器和卷扬机。
[0009]进一步，所述支撑塔底部设置有下部导向滑轮，支撑塔顶部设置有上部导向滑轮，所述支撑索从所述驱动单元引出后顺序经过下部导向滑轮和上部导向滑轮与所述馈源舱连接。
[0010]进一步，所述支撑索通过钢丝绳连接装置与所述馈源舱上设置的馈源舱支座连接；所述钢丝绳连接装置主要包括叉形件、钢丝绳锚头、拉力传感器；所述叉形件一端为叉形连接侧板，另一端设有连接通孔，连接通孔内设有关节轴承，关节轴承通过销轴与所述馈源舱支座连接；所述叉形连接侧板通过拉力传感器与所述钢丝绳锚头一端连接，钢丝绳锚头另一端与所述支撑索固定连接；所述拉力传感器与所述电控系统连接，用于在连接支撑索与馈源舱的同时检测所述支撑索所承受的拉力。
[0011]进一步，所述钢丝绳连接装置还包括保护侧板，保护侧板一端与所述叉形件的所述叉形连接侧板连接，另一端与所述钢丝绳锚头连接，在正常工作条件下，保护侧板不受力。
[0012]进一步，所述天文望远镜用索驱动系统包括6套围绕所述馈源舱圆周均匀设置的所述的支撑塔、支撑索和驱动单元；所述馈源舱圆周上均匀设置有三个所述馈源舱支座，其中每两根支撑索通过所述钢丝绳连接装置固定在一个馈源舱支座上，构成一个悬挂点。
[0013]进一步，所述上部导向滑轮通过水平放置在支撑塔滑轮支撑座上的回转支承随钢丝绳角度变化而转动。
[0014]进一步，所述电控系统包括天文规划计算机、六索并联模型控制计算机、可编程运动控制器、塔顶绝对值编码器、所述的拉力传感器、馈源舱位置姿态测量系统、伺服控制系统；
所述天文规划计算机用于规划所述馈源舱理论运行轨迹，并将该理论运行轨迹传输给所述六索并联模型控制计算机；
所述位置姿态测量系统用于测量所述馈源舱的位置和姿态的实际轨迹点的数值，并将该数值传输给六索并联模型控制计算机；
所述六索并联模型控制计算机用于根据所接收的所述理论运行轨迹在其事先优化好的馈源舱位姿和索力关系数据库中查询出目标理论轨迹点所对应的各所述支撑索的索力；以及将所述理论运行轨迹和所述实际轨迹点的数值进行比较，计算所述支撑索与所述馈源舱连接点的位移矢量；
所述拉力传感器与所述可编程运动控制器连接，用于测量所述支撑索的当前实际张力；
所述塔顶绝对值编码器与所述可编程运动控制器连接，用于监控所述上部导向滑轮的转速；
所述卷筒绝对值编码器与所述可编程运动控制器连接，用于监控所述卷扬机的钢丝绳卷筒的转速；
所述可编程运动控制器与所述六索并联模型控制计算机连接，用于将所述目标理论轨迹点所对应的支撑索的索力与所述当前实际张力进行比较，根据所述位移矢量，并综合补偿所述上部导向滑轮的转速和所述钢丝绳卷筒的转速差值后，实时同步地向所述伺服控制系统发出收缩或放出所述支撑索的指令；
所述伺服控制系统与所述可编程运动控制器连接，用于实时同步收/放所述支撑索；所述伺服控制系统包括六套伺服控制单元，每个伺服控制单元包括伺服驱动器、伺服电机以及电机旋转编码器。
[0015]进一步，所述位置姿态测量系统为若干个全站仪和/或若干个GPS定位器。
[0016]进一步，所述位姿和索力关系数据库，是以与馈源舱联接的六索受力均衡为优化目标，建立馈源舱空间六索牵引力平衡和力矩平衡方程解算获得。
【附图说明】
[0017]图1为本发明组成机构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3a为钢丝绳连接装置结构示图；
图3b为钢丝绳连接装置水平剖视图；
图4为馈源舱支座分布示图；
图5为本发明电控系统结构示图；
图6为馈源舱从当前实际位置到下一个理论目标位置矢量求解；
图7为馈源舱运动过程中支撑索的矢量分解。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0019]如图1和图2所示，本发明一种天文望远镜用索驱动系统包括一个馈源舱1、六座支撑塔2、六套支撑索3、用于控制所述支撑索长度的驱动机构7和电控系统、用于连接馈源舱与外界的缆线4及其缆线进舱连接机构5 ;馈源舱I通过支撑塔2及支撑索3悬吊在射电望远镜主动反射面6上空的焦点位置上，电控系统通过控制驱动机构来调节所述支撑索的长度进而控制馈源舱位置姿态随焦点位置的改变而改变，其中，所述缆线4和缆线进舱连接结构5设置在其中支撑索3上。
[0020]驱动机构包括若干个与所述支撑索一一对应的驱动单元，即每个驱动单元单独控制一根所述支撑索3 ;所述驱动单元包括伺服电机和卷扬机。
[0021]所述支撑塔2底部设置有下部导向滑轮21，支撑塔顶部设置有上部导向滑轮22，所述支撑索3从所述驱动单元引出后顺序经过下部导向滑轮21和上部导向滑轮22与所述馈源舱I连接。
[0022]支撑索3通过钢丝绳连接装置11与所述馈源舱I上设置的馈源舱支座F18连接；如图3所示，所述钢丝绳连接装置11主要包括叉形件F1、钢丝绳锚头F12、拉力传感器FlO ；所述叉形件Fl —端为叉形连接侧板，另一端设有连接通孔，连接通孔内设有关节轴承F3，关节轴承F3通过销轴F4与所述馈源舱支座F18连接；所述叉形连接侧板通过拉力传感器FlO与所述钢丝绳锚头F12 —端连接，钢丝绳锚头F12另一端与所述支撑索3固定连接；所述拉力传感器FlO与所述电控系统连接，用于在连接支撑索3与馈源舱I的同时检测所述支撑索3所承受的拉力。在叉形件Fl内安装有关节轴承F3，以便叉形件Fl在支撑索3的作用下相对于馈源舱支座F18发生角度变化时，避免对叉形件Fl产生附加弯矩，极大的降低了叉形件Fl的受力强度，提高了对馈源舱驱动的可靠性。
[0023]钢丝绳连接装置11还包括两块保护侧板F9，保护侧板F9—端与所述叉形件Fl的所述叉形连接侧板相互对应设置有通孔，并通过销轴F8连接在一起；另一端与所述钢丝绳锚头F12相互对应设置有通孔，并通过销轴Fll连接，销轴F8和F9与通孔直接留有间隙，由此，在正常工作条件下，保护侧板不受力。当传感器FlO断裂的情况下，保护侧板能够保证叉形件Fl和钢丝绳锚头F12之间的有效连接，以便支撑住馈源舱。
[0024]如图4所示，天文望远镜用索驱动系统的6套围绕所述馈源舱圆周均匀设置的所述的支撑塔、支撑索3和驱动单元；所述馈源舱I圆周上均匀设置有三个所述馈源舱支座F18，每个馈源舱支座F18对称式设计，其中每两根支撑索通过钢丝绳连接装置11固定在一个馈源舱支座F18上，构成I个悬挂点。三个悬挂点两两之间的间隔为120度，即均匀分布在馈源舱I圆周上，这样能够保证馈源舱I在三个悬挂点的作用下在空中运动，保证了馈源舱的抗扭性最好，简化了控制系统。
[0025]上部导向滑轮22安装在支撑塔2顶部设置的支撑塔支座上，支撑塔支座通过可水平转动的回转支承与支撑塔连接，由此上部导向滑轮可以随支撑索角度变化而水平转动。馈源舱在运行过程中，上部导向滑轮处支撑索与上部导向滑轮中心线有一定的角度变化，这样容易导致支撑索从上部导向滑轮中的绳槽中跳出，而且磨损严重。为避免该问题，支撑塔支座底部与支撑塔之间设置回转支承，由此支撑塔支座可水平转动地设置在所述支撑塔顶部平台上。由此，保证了馈