专利名称：一种带有自平衡功能的空间扫描支架的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星载荷的扫描系统，具体是一种带有自平衡功能的空间扫描支架。
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，结构简单，便于控制，可靠性高，但结构上需做合理设计。空间有扫描要求的载荷仪器，一般都需要在一个维度上进行快速的方位扫描，另一维度上进行相对较慢的俯仰扫描，进而实现对地球特定区域的扫描。快速扫描引起的干扰力矩较大，对卫星姿态的扰动严重；慢速扫描引起的扰动则可以由卫星姿轨控系统消除。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飞轮、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。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决现有技术的并联式和串联式扫描机构存在的控制系统复杂，制造成本高，以及结构设计不合理等问题，本发明的目的在于提供一种带有自平衡功能的空间扫描支架。利用本发明，实现了载荷仪器的方位快速扫描转动和俯仰慢速扫描，其中载荷仪器的方位扫描能够实现自我平衡、抵消大部分剩余动量力矩；本发明能够有效地减轻卫星姿轨控系统的负担，延长卫星寿命。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种带有自平衡功能的空间扫描支架，该装置包括:
安装于卫星壳体上的安装架的顶端安装有弧形支架；方位扫描支架安装于弧形支架上，弧形支架带有内齿弧及弧形滑道；载荷仪器和配重安装在方位扫描支架的两侧，分别通过滚轮[14]和滚轮[18]在方位扫描支架的滑道上做速度方向相反的摆动扫描；齿形传送带[8]的两端固定在载荷仪器上；载荷仪器由电机[6]、齿轮[9]和齿轮[17]通过齿形传送带[8]驱动，进行摆动扫描；其中齿轮[17]有两个，分布在方位扫描支架的弧形滑道两端；齿形传送带[2]的两端固定在配重上；配重由电机[3]、齿轮[11]和齿轮[15]通过齿形传送带[2]驱动,进行摆动扫描；其中齿轮[15]有两个，分布在方位扫描支架的弧形滑道的两端；在方位扫描支架上安装有一组电机[16]和齿轮[12]组合，方位扫描支架上的弧形滑块可以在弧形支架的弧形滑道内围绕弧形支架的圆心滑动。本发明一种带有自平衡功能的空间扫描支架，由于采取上述的技术方案，包括具有两个滑道及两个滑块的方位扫描支架，一个带有内齿弧及弧形滑道的弧形支架。其中:载荷仪器和配重分布在支架的两边，通过滚轮在滑道上做速度方向相反的摆动扫描；方位扫描支架上的弧形滑块可以在弧形支架的弧形滑道内回绕弧形支架的圆心滑动。在方位扫描支架上安装有一组电机齿轮组合，该组合可以与弧形支架行成齿轮传动副，驱动方位扫描支架沿着弧形支架的滑道滑动。因此，本发明解决了现有扫描机构存在的控制系统复杂，制造成本高以及结构设计不合理等问题，能实现载荷一起的方位俯仰扫描运动；在方位扫描过程中，载荷仪器与配重做反向运动，抵消了大部分扫描过程中产生的力矩。本发明取得如下有益效果:减轻卫星姿轨控系统的负担，降低了研制成本，延长了卫星寿命。
图1是实现本发明方位扫描自平衡的机械原理图；图2是本发明带有自平衡功能的空间扫描支架的主视图；图3是图2的俯视图；图4是本发明中方位扫描支架的结构示意图；图5是本发明中弧形支架的结构示意图。图中标记为:1、配重；2、齿形传送带；3、电机；4、弧形支架；5、方位扫描支架；6、电机；7、载荷仪器；8、齿形传送带；9、齿轮；10、卫星；11、齿轮；12、齿轮；13、安装架；14、滚轮；15、齿轮16、电机；17、齿轮；18、滚轮。
具体实施例方式图1是实现本发明方位扫描自平衡的机械原理图；如图1的实施例所示，载荷仪器ml与配重m2的回转中心分布在两侧，同时进行方向相反的转动，进行干扰力的抵消。其中，为达到消除力矩扰动的干扰，ml围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积与m2围绕回转中心的转动惯量与回转角速度的乘积大小相等，方向相反；ml围绕回转中心的转动惯量与回转角加速度的乘积与m2围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积大小相等，方向相反。下面结合
本发明的优选实施例。图2是本发明带有自平衡功能的空间扫描支架的主视图；图3是图2的俯视图。如图2和图3的实施例所示，该装置包括:安装于卫星10壳体上的安装架13的顶端安装有弧形支架4 ;方位扫描支架5安装于弧形支架4上，弧形支架4带有内齿弧及弧形滑道。载荷仪器7和配重I安装在方位扫描支架5的两侧，分别通过滚轮14和滚轮18在方位扫描支架5的滑道上做速度方向相反的摆动扫描；齿形传送带8的两端固定在载荷仪器7上。载荷仪器7由电机6、齿轮9和齿轮17通过齿形传送带8驱动，进行摆动扫描，其中齿轮17有两个，分布在方位扫描支架5的弧形滑道两端，起惰轮的作用；齿形传送带2的两端固定在配重I上。配重I由电机3、齿轮11和齿轮15通过齿形传送带2驱动，进行摆动扫描，其中齿轮15有两个，分布在方位扫描支架5的弧形滑道的两端，起惰轮的作用。通过上述运动，实现载荷仪器的快速方位扫描，同时能够有效地抵消大部分力矩干扰。在方位扫描支架5上安装有一组电机16和齿轮12组合,方位扫描支架5上的弧形滑块可以在弧形支架4的弧形滑道内围绕弧形支架4的圆心滑动。通过上述运动，实现载荷仪器7的俯仰扫描。上述载荷仪器7围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积与配重I围绕回转中心的转动惯量与回转角速度的乘积大小相等，方向相反；载荷仪器7围绕回转中心的转动惯量与回转角加速度的乘积与配重I围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积大小相等，方向相反。图4是本发明中方位扫描支架5的结构示意图；如图4的实施例所示，方位扫描支架5具有两个滑道及两个弧形滑块，其滑块的弧形与弧形支架4的圆心相同。图5是本发明中弧形支架4的结构；如图5的实施例所示，弧形支架4具有滑道和内齿弧，该滑道和内齿弧均为圆心相同的结构。由上所述，本发明包括一个具有两个滑道及两个滑块的方位扫描支架，一个带有内齿弧及弧形滑道的弧形支架。其中:载荷仪器和配重分布在支架的两边，通过滚轮在滑道上做速度方向相反的摆动扫描；方位扫描支架上的弧形滑块可以在弧形支架的弧形滑道内回绕弧形支架的圆心滑动。在方位扫描支架上安装有一组电机齿轮组合，该组合可以与弧形支架行成齿轮传动副，驱动方位扫描支架沿着弧形支架的滑道滑动。
权利要求
1.一种带有自平衡功能的空间扫描支架，其特征在于，该装置包括: 安装于卫星[10]壳体上的安装架[13]的顶端安装有弧形支架[4];方位扫描支架[5]安装于弧形支架[4]上，弧形支架[4]带有内齿弧及弧形滑道； 载荷仪器[7]和配重[I]安装在方位扫描支架[5]的两侧，分别通过滚轮[14]和滚轮[18]在方位扫描支架[5]的滑道上做速度方向相反的摆动扫描；齿形传送带[8]的两端固定在载荷仪器[7]上；载荷仪器[7]由电机[6]、齿轮[9]和齿轮[17]通过齿形传送带[8]驱动，进行摆动扫描；其中齿轮[17]有两个，分布在方位扫描支架[5]的弧形滑道两端；齿形传送带[2]的两端固定在配重[I]上；配重[I]由电机[3]、齿轮[11]和齿轮[15]通过齿形传送带[2]驱动，进行摆动扫描；其中齿轮[15]有两个，分布在方位扫描支架[5]的弧形滑道的两端； 在方位扫描支架[5]上安装有一组电机[16]和齿轮[12]组合,方位扫描支架[5]上的弧形滑块可以在弧形支架[4]的弧形滑道内围绕弧形支架[4]的圆心滑动。
2.如权利要求1所述的空间扫描支架，其特征在于:所述的方位扫描支架[5]具有两个滑道及两个弧形滑块，其滑块的弧形与弧形支架[4]的圆心相同。
3.如权利要求1所述的空间扫描支架，其特征在于:所述的弧形支架[4]具有滑道和内齿弧，该滑道和内齿弧均为圆心相同的结构。
4.如权利要求1所述的空间扫描支架，其特征在于:所述的载荷仪器[7]围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积与配重[I]围绕回转中心的转动惯量与回转角速度的乘积大小相等，方向相反；载荷仪器[7]围绕回转中心的转动惯量与回转角加速度的乘积与配重[I]围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积大小相等，方向相反。
全文摘要
本发明涉及卫星扫描系统，公开了一种带有自平衡功能的空间扫描支架。包括一个具有两个滑道及两个滑块的方位扫描支架[5]安装于弧形支架[4]上，弧形支架[4]带有内齿弧及弧形滑道；载荷仪器[7]和配重[1]安装在方位扫描支架[5]的两侧，分别通过滚轮在方位扫描支架[5]的滑道上做速度方向相反的摆动扫描，载荷仪器围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积与配重围绕回转中心的转动惯量与回转速度的乘积相等且方向相反。本发明解决了现有扫描机构存在的控制系统复杂，制造成本高以及结构设计不合理等问题，取得了减轻卫星姿轨控系统的负担，降低研制成本，延长卫星寿命等有益效果。
文档编号F16M13/02GK103115233SQ201110366060
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者赵艳涛, 陈同辉, 王爱国 申请人:上海航天测控通信研究所