3-upu二转一移型并联机构天线座的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种3-UPU 二转一移型并联机构天线座。用于航天遥感、卫星“三遥”技术(遥感、遥测、遥控技术)及卫星通信的天线座。天线结构系统与伺服控制系统、馈源馈线系统(简称:天、伺、馈)组成天线系统，实现遥感、遥测和遥控信息获取和指令，实现卫星通信信息传递和处理。尤其是能够获取卫星、运载火箭等飞行器有效空域的遥测信号和数据，实现无过顶“盲区”的连续跟踪卫星运载火箭等飞行器，圆满解决天线在其工作空域，即俯仰:<±90°，方位:0°?360° (假设天线电轴垂直大地朝天位置为天线俯仰角为0° )的连续跟踪。本实用新型技术方案属于机电一体化技术领域。
【背景技术】
[0002]天线座一般有天线座支撑结构、驱动轴系及传动装置、馈线和线缆缠绕装置、数据检测传递装置和安全保护装置组成。
[0003]目前，世界上公知的航天遥感、卫星“三遥”技术(遥感、遥测、遥控技术)所采用经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线，俯仰-方位型天线在天线天顶位置存在着一无法“过顶”连续跟踪的“盲锥”区域，盲锥区域的大小(即盲锥的锥顶角)取决于天线与飞行器的距离和飞行器水平飞行速度。对低轨遥感天线至今尚未圆满解决“过顶”连续跟踪的问题。先引入一天线跟踪“盲锥区”的概念，经典的俯仰-方位型天线座在跟踪目标时，天线方位角速度= V/(R*cos ε )(式中:V为目标飞行的水平速度；R为天线到目标的直线距离；ε为天线仰角；β为天线方位角速度)，当目标从天线天顶附近通过时，仰角ε — 90°，COS ε — 0，β —CO。但电机驱动功率是有限的，天线转动的角速度也是有限的，在一定的驱动功率下，天线只能跟踪某一仰角以下的目标，在俯仰-方位型天线天顶附近存在无法连续跟踪的“盲锥区”。
[0004]目前，工程实际中俯仰-方位型(EL-AZ型)天线在天线天顶位置存在着一无法“过顶”连续跟踪的“盲锥”区域，无法采用经典的俯仰-方位型天线实现在天线天顶位置“过顶”连续跟踪。只能选择避开卫星运行轨道经过天线天顶的地方建造卫星地面站天线。
[0005]传统经典的遥感遥测低轨卫星天线设计选用俯仰-方位型(EL-AZ型)天线座，其存在过顶“盲锥区”，俯仰-方位型天线无法在卫星过顶“盲锥区”空域连续跟踪卫星，实现信号不间断连续工作的需求。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于已有技术存在的问题提供一种并联机构天线座，实现无过顶“盲区”的连续跟踪天线系统，圆满解决天线工作空域“过顶”连续跟踪，实现卫星信号和数据不间断连续工作的需求。由于求解并联机构的运动方程反解便捷容易，易于实现伺服控制。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型的构思是:利用并联机构具有刚度大、精度高、速度快、承载能力大、结构简单、重量轻和控制便捷等独特优点，而且并联机构的运动方程反解求解便捷容易，易于实现伺服控制。应用于遥感遥测低轨卫星天线的设计，充分发挥了并联机构的特点。采用3-UPU型并联机构作为天线座架，采用空间三套通过直线伸缩驱动装置联结上、下两平台，三套直线伸缩驱动装置上端、下端分别通过万向铰(U)与上、下平台连接，构成3-UPU并联机构，实现3-UPU型并联机构天线座。上平台通过法兰接口与各种形式的天线反射体联结，下平台与地基固定，也可以与其他载体(如:车辆、舰船和飞行器等骨架)联结构成机动天线座。
[0008]本实用新型的3-UPU 二转一移型并联机构的天线座的有效工作范围(天线俯仰角度的范围)由上、下平台尺寸(上、下平台等边三角形外接圆半径比)、杆长和万向铰(U)的最大转角决定。3条支链结构和尺寸完全相同，呈相隔120°布置；每一支链连接移动副(P)的万向铰(U)的两转轴轴线相互正交，连接下平台等边三角形角点的3个万向铰(U)转轴轴线均平行下平台平面，且汇交于上、下平台中心连线上一点，构成该3根转轴轴线共面且汇交两平台中心线上一点，构成“共面共点”几何关系；连接上平台等边三角形角点的3个万向铰(U)转轴轴线汇交于上、下平台中心连线上一点，构成“共点不共面”几何关系，该空间机构的构型使得本实用新型具有2个转动，I个移动，共3自由度的3-UPU 二转一移型并联机构天线座。
[0009]通过对3-UPU型并联机构的空间机构分析、构型综合和理论推导，合理选取三套直线驱动装置的杆长、伸缩长度、空间角度和上、下平台尺寸以及万向铰(U)最大转角，实现天线工作空域达到俯仰:< ±90°，方位:0°?360° (假设天线电轴垂直大地朝天位置为天线俯仰角为0° )的工作空域转动角度运动位置无奇异位问题，实现航天遥感、遥测和遥控天线在工作空域连续跟踪的天线结构系统。该实用新型与相应的馈源系统和伺服控制系统构成的天线系统，实现卫星、运载火箭等飞行器有效空域的遥测信号和数据，圆满解决过顶跟踪“盲区”问题，实现工作空域无跟踪盲区的一种二转一移型(2转动，I移动，共3自由度)天线座。
[0010]根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案:
[0011]一种并联机构天线结构系统，由一天线反射体联结一天线座构成，其特征在于所述天线座的结构是:三个伺服电机分别驱动三套移动副的直线伸缩驱动装置(如丝杠螺母畐IJ、液压缸等)，该三套直线伸缩驱动装置(移动副)的上、下端分别与上、下平台通过万向铰(U)连接，构成3-UPU型并联机构天线座。
[0012]上述的三套直线伸缩驱动装置的上、下端分别通过万向铰(U)与所述上、平台下底面、下平台上面的一凸块铰连接。
[0013]上述的上、下两平台均为等边三角形，上、下两个等边三角形位置一致，且相互平行安装，3条支链分别连接于两个等边三角形的顶角。
[0014]每条支链的移动副的两端的万向铰(U)的转轴轴线均各自相互正交，上述的下平台上连接的3个万向铰(U)的转动轴线处同一平面且平行于下平台平面，且其3根轴线汇交于一点，该点通过上下等边三角形平台中心连线上，构成“共面共点”几何关系；这时与上平台连接的移动副的万向铰(U)的转轴轴线汇交于一点，且该点通过上、下等边三角形平台中心连线上，构成“共点不共面”的几何关系，同时与上平台连接的万向铰(U)的转轴轴线构成一平行于上平台的等边三角形，其位置与上平台等边三角形位置相差60°。
[0015]上述的上平台与天线反射体固定连接，下平台与地基机架或天线载体机架连接。
[0016]本实用新型的有益效果是:可以圆满地解决经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线在天线过天顶“盲锥区”空域连续跟踪卫星问题，实现航天遥感、卫星遥感遥测信号和卫星通信信号和信息不间断连续工作的需求。而且同样口径、技术指标的天线，本实用新型天线结构系统的重量明显低于经典的俯仰-方位型(EL-AZ型)天线重量，尤其在大口径天线时更加明显，仅为俯仰-方位型(EL-AZ型)天线重量的40%-60%，大大节省了生产成本。
【附图说明】
[0017]图1:是本实用新型的3-UPU 二转一移型并联机构天线座结构示意图。
[0018]图2:是图1所示3-UPU 二转一移型天线俯仰角为E的姿态示意图(假设天线电轴垂直大地朝天位置为天线俯仰角为0° )。
[0019]图3:是本实用新型3-UPU 二转一移型并联机构天线座的结构示意图。
[0020]图4:是图3的一剖视图(剖切位置及方向如图示)。
[0021]图5:是图3的另一剖视图(剖切位置及方向如图示)。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型的一优选实施例结合【附图说明】如下:
[0023]在图2示出本实用新型天线座(2)与天线反射体(I)在天线结构系统中的联结关系O
[0024]参见图3示出本天线座(2)与天线反射体(I)组成天线结构系统在天线俯仰角为E的姿态。
[0025]参见图3、图4和图5，本天线座⑵由上平台(3)、三套直线伸缩驱动装置(4)及其伺服电机(5)、下平台(6)和地基机架(7)组成。伺服控制系统根据跟踪要求指令伺服电机(5)驱动空间三套直线伸缩装置(4)，以驱动上平台(3)实现天线系统指向所需跟踪的卫星或飞行器，由馈源系统实现信号、信息交换或接收。
[0026]参见图2和图3，本天线座⑵通过上平台(3)与天线反射体⑴联结固定，可以通过定位结构加紧固件联结，也可以用焊接方式联结。
[0027]上述的直线伸缩驱动装置⑷及其伺服电机(5)可以是移动副(如:丝杠螺母传动机构)，其螺母由伺服电机直接驱动或者通过传动装置驱动其旋转，从而使螺杆直线移动；也可以是伺服电机直接驱动或者通过传动装置驱动一油泵提供动力油，由动力油驱动油缸使活塞杆作直线移动。
【主权项】
1.一种3-UPU 二转一移型并联机构天线座，其特征在于所述天线座(2)的结构是:三个伺服电机(5)分别驱动三套直线伸缩驱动装置(4)，该三套直线伸缩驱动装置(4)的上、下端分别通过万向铰(U)与上、下平台(3、6)连接构成3-UPU 二转一移型并联机构天线座，3条支链的结构形式和尺寸完全相同，且呈相隔120°布置；每一支链的移动副(P)的两个万向铰(U)的两个转轴轴线分别相互正交，连接下平台等边三角形角点的3个万向铰(U)转轴轴线均平行下平台平面，且汇交于上、下平台中心连线上一点(0)，构成该3根转轴轴线共面的几何关系，即连接下平台3个万向铰(U)的轴线构成“共面共点”几何特征，该空间机构的构型使得本实用新型具有2个转动，I个移动，共3个自由度的二转一移型并联机构天线座。
2.根据权利要求1所述的并联机构天线座，其特征在于所述上、下两个平台(3、6)均为等边三角形，上、下两个等边三角形位置一致，且相互平行安装，3条支链分别连接于两个等边三角形的顶角。
3.根据权利要求1所述的并联机构天线座，其特征在于所述三套直线伸缩驱动装置(4)的上端分别通过万向铰(U)与所述上平台(3)的下表面的一个凸块连接，其下端分别通过万向铰(U)与所述下平台(6)的上表面的一个凸块连接。
4.根据权利要求1所述的并联机构天线座，其特征在于所述上平台(3)与天线反射体(I)固定连接，所述下平台(6)与地基机架(7)或天线载体机架连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种3-UPU二转一移型并联机构天线座。三个伺服电机分别驱动三套直线伸缩驱动装置，该三套直线伸缩驱动装置的上、下端分别通过万向铰与上、下平台连接，3条支链的结构形式和尺寸完全相同，且呈相隔120°布置；每一支链的移动副的两个万向铰的两个转轴轴线分别相互正交，连接下平台等边三角形角点的3个万向铰转轴轴线均平行下平台平面，且汇交于上、下平台中心连线上一点，构成“共面共点”几何特征。本实用新型能圆满解决获取卫星、运载火箭等飞行器的遥感遥测信号和数据，实现天线“过顶”空域连续跟踪，达到工作空域，即方位：0°～360°俯仰：＜±90°的任意位姿连续跟踪等问题。
【IPC分类】H01Q3-02, H01Q1-12
【公开号】CN204375903
【申请号】CN201420505700
【发明人】沈龙, 龚振邦, 刘亮, 杨明德
【申请人】上海创投机电工程有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年9月3日