专利名称：柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法
一、所属领域本发明涉及柔性结构天线馈源精确定位定姿技术，专指一种柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法。
背景技术：
目前实现空间运动目标定位定姿控制还都在小范围内进行，如工业机器人，对其手中的目标物体只能在几米小范围内进行位姿控制，其实现目标运动的手段是液压缸、汽缸、电动缸和旋转关节等刚性件。由于这些刚性结构笨重，无法在大空间范围实现运动目标的控制。
但是，扩大空间运动目标的运动范围时，运动目标在工作空间中有力的运动死点的存在。所谓力的运动死点，即当运动目标接近某一位置时，柔索的拉力会骤然增大；在这些位置处，驱动器因无法提供足够的驱动力而使运动目标失去控制；驱动器因不能提供足够的驱动力而无法控制运动目标。
三、技术内容本发明的目的是克服上述背景技术中存在的问题，在研究一种柔性结构天线馈源精确定位定姿技术的同时，解决空间运动目标死点的问题，即研究柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，对柔索目标系统采用修改结构的办法来消除运动死点，实现无运动死点的结构设计，保证控制空间运动目标大范围、大跨度动态精确定位定姿的实现。
本发明的技术解决方案柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，带有天线馈源的运动目标11被控制在支撑塔柱分布圆6内，其特征是3个-9个支撑塔柱3分布在支撑塔柱分布圆6上，对应的驱动器组是由驱动器(4、5、7-10)组成，分布在支撑塔柱分布圆6附近，由各驱动器(4、5、7-10)控制各自输出的柔索1经过过渡变向滑轮13、支撑塔柱3上的滑轮组2共同连接到空间被控运动目标11的上下部位，运动目标11的被控范围是以支撑塔柱分布圆6为圆心的一个圆柱空间15内。
本发明的技术解决方案还包括所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是驱动器(4、5、7-10)输出各自的柔索1分别连接到空间被控运动目标11的上下部位，其中驱动器(5、8、10)控制的柔索1连接到空间被控运动目标11的上部位，形成均等的上三点水平连接点(B2、B4、B6)，驱动器(4、7、9)控制的柔索1连接到空间被控运动目标11的下部位，形成均等的下三点水平连接点(B1、B3、B5)。
所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是驱动器(4、5、7-10)控制的柔索1连接到空间被控运动目标11形成均布在半径为R1圆周上的上三点水平连接点(B2、B4、B6)和均布在半径为R2圆周上的下三点水平连接点(B1、B3、B5)，其之间的上下距离h大于上三点水平连接点围成小圆的半径R1，均分一周360°的上三点水平连接点(B2、B4、B6)和均分一周360°的下三点水平连接点(B1、B3、B5)的投影点彼此相错位，投影夹角45°≤θ≤75°。
所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是所述的上下距离h大于小圆的半径R1，较佳距离h控制在2R1≤h≤5R1；所述的投影夹角θ，较佳θ控制在48°≤θ≤72°，且θ≠60°。
所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是3个-9个驱动器(4、5、7-10)伸出的柔索1通过各自的过渡变向滑轮13和各自对应的支撑塔柱3上的滑轮组2共同连接到空间运动目标11上，0个-6个重物12上固定的柔索1也通过各自的过渡变向滑轮13一起连接到空间运动目标11上。
本发明的优点和效果1、由于采用柔性连接传动控制，柔索连接空间运动目标，成本低廉；柔索可采用钢索、绳索、链条等软连接结构，更换和维修极为方便；并且在一定范围内可任意增减其长度；因而，这种低成本的方案，用柔性件替换原来的刚性结构，能够轻而易举地实现大范围、大跨度内运动目标的运动控制与位姿调整。
2、由于柔索分别连接到空间被控运动目标11的上下部位，这些连接部位共处于一半球表面上，柔索1连接到带有天线馈源的空间被控运动目标11形成均布在半径为R1的圆周上的上三点水平连接点(B2、B4、B6)和均布在半径为R2的圆周上的下三点水平连接点(B1、B3、B5)。通过计算和试验得知上面的小圆平面和下面的大圆平面之间的上下距离h要大于上三点水平连接点围成小圆的半径R1，均分360°的上三点水平连接点和均分360°的下三点水平连接点的水平投影点彼此相错位，投影夹角θ＝45°-75°，但θ≠60°，就能满足消除柔索空间动态定位装置运动死点的条件。
3、工作性能稳定和可靠；经过试验当支撑塔柱均布于直径50米的分布圆上，支撑塔柱高度为25米时，证明在直径为40米，高度20米的圆柱形目标运动范围内，不会出现运动死点，并实现目标物体的厘米级精度的动态定位及1-2度的定姿控制。
4、控制目标在大范围内运动，适用范围很广。如用作大型造船厂船体装配的巨型机器人，当然也可以用于飞机、航天器的装配，可用于码头集装箱的吊运、矿山矿石的转场等。
四
图1是整个柔索空间大范围、大跨度动态精确定位定姿结构示意图，图2是被控运动目标的运动范围示意图，图3是运动目标轮廓主视图，图4是图3的俯视图，也是柔索连接到空间被控运动目标形成连接点的水平投影结构示意图。标号说明1-柔索，2-滑轮组，3-支撑塔柱，4-驱动器，5-驱动器，6-支撑塔柱分布圆，7-驱动器，8-驱动器，9-驱动器，10-驱动器，11-运动目标，12-重物，13-过渡变向轮，14-驱动器卷筒，15-运动目标的被控范围。
五具体实施例方式参见图1，在支撑塔柱分布圆6上(可设想在一个大范围、大跨度内可均匀也可不均匀)分布6个支撑塔柱3，当然也可以设计为3-9个支撑塔柱3，每个支撑塔柱3下面固定一个过渡变向轮13和驱动器(4、5、7-10)，各驱动器的输入工作状态均由控制计算机经硬件控制器控制，各驱动器输出是各自控制的柔索1，各柔索1通过各自的过渡变向滑轮13和各自的支撑塔柱3上端的滑轮组2共同连接到被控运动目标11。2个重物12上固定的柔索1也通过各自的过渡滑轮13共同连接到空间运动目标11上。
参见图2，各驱动器卷筒14位于各驱动器(4、5、7-10)内，被控运动目标11的被控范围是以支撑塔柱分布圆6为圆心的一个圆柱空间15，在这个空间内运动目标受到控制而运动、定位、定姿。
参见图3和图4，空间运动目标11上，有6个柔索1连接点，其中连接点(B1、B3、B5)均匀地分布在运动目标11下沿半径为R2的圆周上，连接点(B2、B4、B6)均布于运动目标11上部小圆半径为R1的圆周上。而(B1-B6)共处在半径R2的半球面上。为了能够调整运动目标的位置与姿态，6根柔索1分别连接于运动目标的上下部，以便能够形成适当的力臂，使姿态能够进行调整。实际目标在空间运动中，有时会发生死点现象即当目标处在某位置时，负责柔索1收放的驱动器明显出现驱动动力不足的现象，理论分析表明当目标处在此点时，动力方程无解。而消除运动目标的死点的技术在于合理改变柔索1与运动目标的连接位置。
当运动目标形状为的半球体(半径R2)时，采用完全对称的柔索1与运动目标连接方式(见图3、4)，目标运动控制中会出现运动死点。基于理论分析和小模型的实验，为了消除运动死点，运动目标11的三个顶部柔索1的连接点不是汇聚在目标顶部的同一点，而是均布在半径为R1的小圆周上(B2、B4、B6)，运动目标11的三个下部柔索1的连接点均布在半径为R2圆周上(B1、B3、B5)，其之间的距离h大于上三点水平连接点围成小圆的半径R1，即h＞R1，较佳距离h控制在2R1≤h≤5R1，在此区间的各h值均有效(以毫米为单位)，如h＝10、11、12、13、14、15……9998、9999、10000毫米。另外反映柔索1与运动目标间相对位置关系的夹角——投影夹角θ＝45°-75°，或者说投影夹角45°≤θ≤75°，这里θ除了60°外，其余的45°、46°、47°、48°、49°、50°、51°、52°、53°、54°、55°、56°、57°、58°、59°以及61°、62°、63°、64°、65°、66°、67°、68°、69°、70°、71°、72°、73°、74°、75°都能够实现；较佳投影夹角48°≤θ≤72°，且θ≠60°。之所以能够消除柔索空间动态定位装置运动死点，是因为上述连接布局的改变运动目标11顶部三个柔索的连接点和底部三个柔索连接点的分布不对称，使柔索张力在目标运动范围内处处可求解，柔索张力没有再出现不足。
权利要求
1.柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，带有天线馈源的运动目标(1)被控制在支撑塔柱分布圆(6)内，其特征是3个-9个支撑塔柱(3)分布在支撑塔柱分布圆(6)上，对应的驱动器组是由驱动器(4、5、7-10)组成，分布在支撑塔柱分布圆(6)附近，由各驱动器(4、5、7-10)控制各自输出的柔索(1)经过过渡变向滑轮(13)、支撑塔柱(3)上的滑轮组(2)共同连接到空间被控运动目标(11)的上下部位，运动目标(11)的被控范围是以支撑塔柱分布圆(6)为圆心的一个圆柱空间(15)内。
2.根据权利要求1所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是驱动器(4、5、7-10)输出各自的柔索(1)分别连接到空间被控运动目标(11)的上下部位，其中驱动器(5、8、10)控制的柔索(1)连接到空间被控运动目标(11)的上部位，形成均等的上三点水平连接点(B2、B4、B6)，驱动器(4、7、9)控制的柔索(1)连接到空间被控运动目标(11)的下部位，形成均等的下三点水平连接点(B1、B3、B5)。
3.根据权利要求1或2所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是驱动器(4、5、7-10)控制的柔索(1)连接到空间被控运动目标(11)形成均布在半径为R1圆周上的上三点水平连接点(B2、B4、B6)和均布在半径为R2圆周上的下三点水平连接点(B1、B3、B5)，其之间的上下距离h大于上三点水平连接点围成小圆的半径R1，均分一周360°的上三点水平连接点(B2、B4、B6)和均分一周360°的下三点水平连接点(B1、B3、B5)的投影点彼此相错位，投影夹角45°≤θ≤75°。
4.根据权利要求3所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是所述的上下距离h大于小圆的半径R1，较佳距离h控制在2R1≤h≤5R1；所述的投影夹角θ，较佳θ控制在48°≤θ≤72°，且θ≠60°。
5.根据权利要求1所述的柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法，其特征是3个-9个驱动器(4、5、7-10)伸出的柔索(1)通过各自的过渡变向滑轮(13)和各自对应的支撑塔柱(3)上的滑轮组(2)共同连接到空间运动目标(11)上，0个-6个重物(12)上固定的柔索(1)也通过各自的过渡变向滑轮(13)一起连接到空间运动目标(11)上。
全文摘要
本发明涉及柔性结构天线馈源消除空间运动目标死点的方法。目前实现空间运动目标定位定姿控制还都在小范围内进行，运动目标在工作空间中有运动死点存在。本发明的目的是提供消除钢索空间动态定位装置运动死点的方法。方法驱动器是由3－9个驱动器组成，分布在支撑塔柱分布圆附近，由各驱动器控制各自输出的钢索共同连接到空间被控运动目标的上下部位，运动目标的被控范围是以支撑塔柱分布圆为圆心的一个圆柱空间。优点采用柔性元件传送动力，钢索连接空间运动目标，成本低廉；维修方便；工作性能稳定和可靠；经过试验，证明在一直径为40米，高度20米的圆柱形运动范围内，可实现目标物体的厘米级精度的动态定位及1－2度的定姿控制。
文档编号H02G7/00GK1750324SQ20051009609
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者段宝岩, 仇原鹰, 赵泽, 杜敬利, 赵克, 陈光达, 保宏, 米建伟, 盛英, 段学超 申请人:西安电子科技大学