一种三自由度的卫星高精度部件装调机构的制作方法
【专利摘要】一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，三自由度位移调节装置通过基座安装在待安装卫星部件的安装基准面上，并保证三自由度位移调节装置的三个调整方向与装配坐标系方向平行；装卡机构包括圆形底座、连接杆Ⅰ、连接杆Ⅱ、转接杆和装卡夹板；圆形底座安装在三自由度位移调节装置上，圆形底座与连接杆Ⅰ一端形成转动副，连接杆Ⅰ的另一端与连接杆Ⅱ的一端形成转动副，连接杆Ⅱ的另一端与转接杆固定连接，装卡夹板的一端为夹持端，用于夹持待安装卫星部件，另一端设置两个圆弧调节槽，转接杆插入连接杆Ⅱ中并固定使其与连接杆Ⅱ形成一个整体，转接杆的另一端设计有两处圆柱杆，它们分别插入装卡夹板的两处圆弧调节槽内，并可实现两者的相对转动。
【专利说明】一种三自由度的卫星高精度部件装调机构
【技术领域】
[0001]本发明属于高精度部件三自由度平移调整的一种装调机构，应用于航天器上的高精度部件装调领域。
【背景技术】
[0002]目前国内外航天器上的多数结构部件在最后的精细装调过程中缺乏专用的装调机构，通常使用人工轻拍产品使其微量位移的方法，这种方法的优点是装调方向相对自由灵活可根据现场需要进行多个方向的调姿，缺点是对于每次调整的位移量和方向不易控制，无法实现平稳可靠的三自由度方向的平移调整，且由于依靠人工装调，因此只能对产品重量不大的情况下进行调姿。
[0003]对于重量较大的航天产品装调，国内科研机构已具备通过研制并联机构进行高精度部件6自由度状态下的调姿，而国外航空航天企业也有通过重载型的6自由度工业机器人对大部件产品进行高精度调姿的应用实例。这些高精度部件装调机构的优点是装调姿态控制精确，可实现6自由度下的位姿变换，但缺点是装调机构非常复杂，占地面积大，通常采用地角螺栓固定，对于体积小、重量轻的部件装调反而显得过于笨重，不易实现产品的装卡，容易发生装调机构与产品的碰撞干涉。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种三自由度的卫星高精度部件装调机构。
[0005]本发明的技术解决方案是:一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，包括三自由度位移调节装置、装卡机构和基座；
[0006]三自由度位移调节装置通过基座安装在待安装卫星部件的安装基准面上，并保证三自由度位移调节装置的三个调整方向与装配坐标系方向平行；所述的装卡机构包括圆形底座、连接杆1、连接杆I1、转接杆和装卡夹板；圆形底座安装在三自由度位移调节装置上，圆形底座与连接杆I 一端形成转动副，连接杆I的另一端与连接杆II的一端形成转动副，连接杆II的另一端与转接杆固定连接，装卡夹板的一端为夹持端，用于夹持待安装卫星部件，另一端设置两个圆弧调节槽，转接杆插入连接杆II中并固定使其与连接杆II形成一个整体，转接杆的另一端设计有两处圆柱杆，它们分别插入装卡夹板的两处圆弧调节槽内，并可实现两者的相对转动，从而使得装卡夹板可相对连接杆II转动并且转动的圆点可根据转接杆插入连接杆II中的位置任意调节。
[0007]所述的三自由度位移调节装置包括X向调节板、Y向调节板、Z向调节板、Y向位移调节螺钉、位移调节螺钉安装座、位移止动挡板、X向位移调节螺钉、轴承导杆、轴承导杆安装座、Z向位移调节螺钉和轴承滑块；
[0008]Z向调节板作为整个装置的最底层，其四周垂直安装Z向位移调节螺钉，实现整个装置的调平以及Z方向的上下移动；Z向调节板上表面四周安装轴承导杆安装座，位于Y方向的两个轴承导杆安装座之间安装轴承导杆，轴承导杆上安装轴承滑块，Y向调节板安装在轴承滑块上；Y向调节板上表面四周安装轴承导杆安装座，位于X方向的两个轴承导杆安装座之间安装轴承导杆，轴承导杆上安装轴承滑块，X向调节板安装在轴承滑块上；Υ向调节板、X向调节板的下方旋转位移方向上分别安装Y向位移调节螺钉和X向位移调节螺钉，两个方向位移调节螺钉上分别按安装推动止动挡板，通过推动止动挡板带动相应的调节板沿着轴承导杆移动，从而实现机构的Y向和X向移动。
[0009]所述的基座上设置多组不同的接口，每组接口用于调整三自由度位移调节装置的不同安装位置。
[0010]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0011]本装调机构可实现对产品的三自由度微量调节，且位移量和方向均能得到很好保证，并已成功应用于我国某型号卫星天线塔部装过程中对反射器组件的装调。该产品的装配精度要求高，装配过程中需对反射器进行微量位移装调，对操作者技能水平提出了很高要求。本三自由度装调机构可以辅助操作人员对反射器进行平行于装配坐标系的χ、γ、ζ三个方向的位移调节并固定，同时针对该型号天线塔具有多幅反射器的特点，设计了专用基座，将三自由度位移调节装置安放于基座的多组不同接口即可实现装调多幅反射器的位移方向均与各自的装配坐标系平行，实现了一机多用的功能。同时为了平衡反射器不同装卡位置与调整位移量的关系，更好地实现一机多用的功能，在装卡方式上采用了更为灵活多变的多杆连接、弧形卡槽等设计方式，使得该装调设备的适用范围大幅提高。该装调机构在某型号卫星正样天线塔产品的装调过程中使用效果良好。并且由于机构本身均有一定的通用性，对于其它不同类型的装调产品，仅通过改变基板的安装形式和机构装卡产品的范围，即可实现更为广阔的装调运用。
[0012]本发明旨在对于体积小、重量轻的卫星高精度部件设计3自由度方向上的装调机构，弥补现有的人工装调小部件方式不易控制位移量的缺点也免去了投入大型自动化装调机构进行小部件装调的需要。最终实现产品的调姿到位。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1a为本发明所要装调的天线反射器安装示意图，图lb、lc分别为E反射器背板、A反射器背板示意图；
[0014]图2为本发明的三自由度位移调节装置示意图；
[0015]图3为本发明的装卡机构部分示意图；
[0016]图4为本发明的双板装卡机构部分示意图；
[0017]图5为本发明基座不意图；
[0018]图6为本发明对单板结构板示意装调时的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及实施例对本发明做详细说明。
[0020]如图6所示，本发明一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，采用分体式原理设计，包括三自由度位移调节装置1、装卡机构2和基座3 ;下面以在天线塔体多个面上不同位置装调反射器为例进行说明。
[0021]三自由度位移调节装置I实现X、Y、Z轴位移调整，与基座3—同使用时实现位置变换从而对多处不同位置的反射器进行装调，并且确保位移方向与各自的装配坐标系平行，即三自由度位移调节装置I通过基座3安装在如图1所示的天线塔顶板Ia上；同时，在对装调机构部分进行设计时，需要平衡多幅反射器不同装卡位置与调整位移量的相互关系，避免出现某处反射器无法装卡或者位移调整量不够的问题，更好地实现一机多用的功能，在装卡机构上采用了更为灵活多变的多杆连接、弧形卡槽等设计方式满足不同种类反射器的装卡。在材料选择上，考虑到整套设备需安装在天线塔顶部。因此，在保证刚度的前提下尽量选择铝合金材料，减轻设备重量。
[0022]如图3所示，装卡机构2包括圆形底座21、连接杆I 22、连接杆II 23、转接杆24和装卡夹板25 ;圆形底座21安装在三自由度位移调节装置I上，圆形底座21与连接杆I 22一端形成转动副，连接杆I 22的另一端与连接杆II 23的一端形成转动副，连接杆II 23的另一端与转接杆24固定连接，装卡夹板25的一端为夹持端，用于夹持待安装卫星部件，另一端设置两个圆弧调节槽，转接杆24插入连接杆II 23中并通过螺钉固定使其与连接杆II形成一个整体，而转接杆24的另一端设计有两处圆柱杆，它们插入装卡夹板25的两处圆弧调节槽内，并可实现两者的相对转动，从而使得装卡夹板25可相对连接杆II 23转动并且转动的圆点可根据转接杆24插入连接杆II 23中的位置任意调节。
[0023]考虑到该型号卫星天线塔上的反射器2a分A反射器和E反射器，E反射器只有一块结构板可以用于装卡(如图1c所示，其反射器背板5a)，A反射器则有两块结构板可以用于装卡(如图1b所示，其反射器背板4a)，如图1a所示，图中标号3a为塔体支撑板。因此，三自由度装调机构的装卡夹板25需设计两种形式。其中，装卡I块结构板时的结构形式如附图3所示。当装卡的反射器为双结构板式时，则将单板装卡夹板换成双板装卡夹板(如图附4所示)即可，十分方便。
[0024]三自由度装调机构移动方式选择:平面内的X、Y向移动选择为轴承滑块加导轨的方式；Z向的移动选择为螺钉调节的方式。如图2所示，三自由度位移调节装置I包括X向调节板11、Y向调节板12、Z向调节板13、Y向位移调节螺钉14、位移调节螺钉安装座15、位移止动挡板16、X向位移调节螺钉17、轴承导杆18、轴承导杆安装座19、Z向位移调节螺钉110和轴承滑块111 ；Z向调节板13作为整个装置的最底层，其四周垂直安装Z向位移调节螺钉110，实现整个装置的调平以及Z方向的上下移动2向调节板13上表面四周安装轴承导杆安装座9，位于Y方向的两个轴承导杆安装座9之间安装轴承导杆18，轴承导杆18上安装轴承滑块111，Y向调节板12安装在轴承滑块111上；Y向调节板12上表面四周安装轴承导杆安装座9，位于X方向的两个轴承导杆安装座9之间安装轴承导杆18，轴承导杆18上安装轴承滑块111，X向调节板11安装在轴承滑块111上；Υ向调节板12、Χ向调节板11的下方旋转位移方向上分别通过位移调节螺钉安装座15安装Y向位移调节螺钉14和X向位移调节螺钉17，两个方向位移调节螺钉上分别按安装推动止动挡板16，当需要对产品进行X向或Y向的微量调节时，可以旋转相应位移方向上的调节螺钉使其通过推动止动挡板带动调节板沿着轴承导杆移动，从而实现机构的X向和Y向移动。当机构移动到所需要的位置时，将位移调节螺钉安装座上的长螺钉拧紧从而在两头顶住位移止动挡板，实现产品位置的固定。
[0025]如图5所示，基座3上设置多组不同的接口，每组接口用于调整三自由度位移调节装置I的不同安装位置。基座3主要起三个作用:一是固定三自由度位移调节装置I ;二是作为装调机构Z向调节的固定端；三是通过其上的多组不同接口，实现装调机构安装在不同接口时对不同反射器的装调，并保证调整方向与装配坐标系方向平行。设计图纸如附图5所示。部装开始前，将基座3安装在天线塔顶板Ia上，它本身的位置固定不变，当需要调整不同位置的反射器时，只需要将三自由度位移调节装置I安装在基座3上的不同接口即可。附图5中不同英文字母表示不同的接口，一组接口有四个连接点，用于安装Z向调节板13上的4处Z向调节螺钉110。
[0026]最终的产品设计装调示意图如附图6所示。基座3安装在天线塔顶板Ia上，三自由度位移调节装置I安装于基座3上，以上两个部件安装到位后即可保证装调的三个自由度方向与产品需要装调的位移方向保持一致，之后通过装卡机构2 —端夹持产品另一端与三自由度位移调节装置I连接，最终实现三自由度的产品调姿。
[0027]本发明在对某型号卫星天线反射器的装调过程中按照如下步骤实施位置调整。
[0028]步骤1:将附图5中的基座按照装配基准象限标识安装于天线塔顶板上。
[0029]步骤2:根据所要安装的反射器位置将附图2中的三自由度位移调节装置安装于基座上，自此完成装调的位移方向与装配的象限方向重合，从而实现调姿方向的准确无误。
[0030]步骤3:将附图3中的装卡机构一端安装于三自由度位移调节装置上。
[0031]步骤4:使用装卡机构对要调姿的产品进行装卡，并保证牢靠。
[0032]步骤5:使用三自由度位移调节装置上的调节螺钉使得调姿平台在X、Y、Z方向上实现微量平移，从而实现对产品的三自由度高精度调姿。
[0033]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
【权利要求】
1.一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，其特征在于:包括三自由度位移调节装置(I)、装卡机构⑵和基座⑶； 三自由度位移调节装置(I)通过基座(3)安装在待安装卫星部件的安装基准面上，并保证三自由度位移调节装置(I)的三个调整方向与装配坐标系方向平行；所述的装卡机构(2)包括圆形底座(21)、连接杆I (22)、连接杆II (23)、转接杆(24)和装卡夹板(25);圆形底座(21)安装在三自由度位移调节装置(I上，圆形底座(21)与连接杆I (22) —端形成转动副，连接杆I (22)的另一端与连接杆II (23)的一端形成转动副，连接杆II (23)的另一端与转接杆(24)固定连接，装卡夹板(25)的一端为夹持端，用于夹持待安装卫星部件，另一端设置两个圆弧调节槽，转接杆(24)插入连接杆II (23)中并固定使其与连接杆II (23)形成一个整体，转接杆(24)的另一端设计有两处圆柱杆，它们分别插入装卡夹板(25)的两处圆弧调节槽内，并可实现两者的相对转动，从而使得装卡夹板(25)可相对连接杆II (23)转动并且转动的圆点可根据转接杆(24)插入连接杆II (23)中的位置任意调节。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，其特征在于:所述的三自由度位移调节装置(I)包括X向调节板(11)、Y向调节板(12)、Ζ向调节板(13)、Y向位移调节螺钉(14)、位移调节螺钉安装座(15)、位移止动挡板(16)、Χ向位移调节螺钉(17)、轴承导杆(18)、轴承导杆安装座(19)、Z向位移调节螺钉(110)和轴承滑块(111)； Z向调节板(13)作为整个装置的最底层，其四周垂直安装Z向位移调节螺钉(110)，实现整个装置的调平以及Z方向的上下移动；Ζ向调节板(13)上表面四周安装轴承导杆安装座(9)，位于Y方向的两个轴承导杆安装座(9)之间安装轴承导杆(18)，轴承导杆(18)上安装轴承滑块(111)，Υ向调节板(12)安装在轴承滑块(111)上；￥向调节板(12)上表面四周安装轴承导杆安装座(9)，位于X方向的两个轴承导杆安装座(9)之间安装轴承导杆(18)，轴承导杆(18)上安装轴承滑块(111)，X向调节板(11)安装在轴承滑块(111)上；Υ向调节板(12)、X向调节板(11)的下方旋转位移方向上分别安装Y向位移调节螺钉(14)和X向位移调节螺钉(17)，两个方向位移调节螺钉上分别按安装推动止动挡板(16)，通过推动止动挡板(16)带动相应的调节板沿着轴承导杆移动，从而实现机构的Y向和X向移动。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度的卫星高精度部件装调机构，其特征在于:所述的基座(3)上设置多组不同的接口，每组接口用于调整三自由度位移调节装置(I)的不同安装位置。
【文档编号】H01Q3/00GK104269644SQ201410454302
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】喻懋林, 侯伟, 李传辉, 戴璐, 马宁, 胡溶溶, 孙英华 申请人:北京卫星制造厂