一種同心局部球面高精度姿態(tài)穩(wěn)定裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置包括：同心局部球面支撐部件；切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，用于產(chǎn)生球面切向驅(qū)動(dòng)力；用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與被支撐物體相連接的連接部件；用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與外部隨動(dòng)部件相連接的連接部件；其中各所述同心局部球面支撐部件的局部球面共球面，且共球面的球心與被支撐物體的質(zhì)心重合。本發(fā)明可隔離外界對(duì)被支撐物體的姿態(tài)干擾，并可修正微小姿態(tài)誤差，高精度的保持被支撐物體的姿態(tài)穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種同心局部球面高精度姿態(tài)穩(wěn)定裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械電子領(lǐng)域中的一種姿態(tài)穩(wěn)定支撐與調(diào)節(jié)裝置，具體是一種同心局部球面高精度姿態(tài)穩(wěn)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]空間天文觀測(cè)、星間光通信等領(lǐng)域需觀察儀器具備高精度的慣性姿態(tài)，利用航天器平臺(tái)提供的較粗精度姿態(tài)，進(jìn)一步精級(jí)的姿態(tài)采用雙框架結(jié)構(gòu)、機(jī)械臂、快擺鏡等方式對(duì)實(shí)現(xiàn)更高精度的姿態(tài)調(diào)節(jié)。
[0003]二十一世紀(jì)以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外眾多的星間、星地激光通信試驗(yàn)中廣泛采用的ATP裝置，就是在光學(xué)系統(tǒng)的雙框架的兩維轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)種子激光器的反饋測(cè)量，利用快擺鏡的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)發(fā)射或接收光路的精確共軸指向；美歐合作的詹姆斯.韋伯空間望遠(yuǎn)鏡(JWST)，采用減振器隔離衛(wèi)星平臺(tái)的動(dòng)量輪等機(jī)構(gòu)引起的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，采用快擺鏡方式實(shí)現(xiàn)對(duì)天區(qū)的穩(wěn)定控制；在美國(guó)規(guī)劃的未來(lái)巨型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目(ATLAST)的一個(gè)拼接鏡面的提議方案中，在其具有角分精度的機(jī)械臂的末端，采用了三個(gè)平行作動(dòng)的音圈電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的精密指向的傾斜。
[0004]這些姿態(tài)調(diào)節(jié)裝置通過(guò)雙框架結(jié)構(gòu)或是機(jī)械臂上的高精度電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制望遠(yuǎn)鏡，或者利用望遠(yuǎn)鏡光路內(nèi)部快擺鏡的運(yùn)動(dòng)，使其指向目標(biāo)的區(qū)域。為了實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的閉環(huán)指向控制，對(duì)以上裝置中的各部分結(jié)構(gòu)件剛度都有一定的要求，此時(shí)的代價(jià)體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面增加了作動(dòng)元件的負(fù)載，如電機(jī)、壓電陶瓷或音圈電機(jī)的作動(dòng)力進(jìn)一步加大，同等條件下增大了系統(tǒng)的功耗；另外一方面，剛性的增加使得航天器平臺(tái)內(nèi)部機(jī)構(gòu)引起的高頻振動(dòng)干擾，能夠作用到望遠(yuǎn)鏡部分，這種高頻顫振對(duì)望遠(yuǎn)鏡視軸的穩(wěn)定性形成干擾，因此以上的裝置通常還需要增加被動(dòng)的減振環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種同心局部球面高精度姿態(tài)穩(wěn)定裝置，該姿態(tài)穩(wěn)定裝置釋放對(duì)被支撐物的轉(zhuǎn)動(dòng)擾動(dòng)，利用被支撐物在慣性空間中的姿態(tài)保持特性維持基本姿態(tài)，同時(shí)提供切向驅(qū)動(dòng)力補(bǔ)償誤差項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)被支撐物的高精度姿態(tài)。
[0006]本發(fā)明提出了一種同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置包括:
[0007]同心局部球面支撐部件，所述同心局部球面支撐部件的局部球面為有厚度的局部球面，包括外表面和內(nèi)表面；
[0008]切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，安裝于所述同心局部球面支撐部件處，用于產(chǎn)生球面切向驅(qū)動(dòng)力；
[0009]連接部件3，用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與被支撐物體相連接；
[0010]連接部件4，用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與外部隨動(dòng)部件相連接；
[0011]其中，所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件和所述連接部件3共同組成一套支撐設(shè)備，所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置包括3套或以上所述支撐設(shè)備；其中各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空間球面上，各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的內(nèi)表面均共球面，即均位于同一空間球面上，且各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的外表面以及內(nèi)表面的球心重合，該球心稱(chēng)為所述同心局部球面支撐部件的特征球心，且所述同心局部球面支撐部件的特征球心與被支撐物體的質(zhì)心重合；所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置形成了相對(duì)于被支撐物體質(zhì)心的球面支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0012]所述同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0013]所述同心局部球面支撐部件的局部球面還包括靠近所述外表面的局部球面1.3和靠近所述內(nèi)表面的局部球面1.2，且各所述同心局部球面支撐部件的局部球面1.3均共球面，各所述同心局部球面支撐部件的局部球面1.2均共球面，局部球面1.3和局部球面
1.2的球心均與所述同心局部球面支撐部件的特征球心重合；所述外表面和所述內(nèi)表面連接形成空腔；局部球面1.3和局部球面1.2連接所構(gòu)成的中間層被約束在所述空腔中。
[0014]所述同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0015]在所述外表面和所述局部球面1.3之間以及所述內(nèi)表面和所述局部球面1.2之間均設(shè)置互相排斥的永磁力，所述永磁力的方向垂直于所述外表面和所述內(nèi)表面。
[0016]所述同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0017]所述球面切向至少包括正交的兩個(gè)方向。
[0018]所述同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0019]所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件包括局部球面2.1和局部球面2.2 ；
[0020]各所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的局部球面2.1共球面，各所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的局部球面2.2共球面，且所述局部球面2.1和所述局部球面2.2對(duì)應(yīng)的球心重合，該球心為所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的特征球心，所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的特征球心與所述同心局部球面支撐部件的特征球心重合；
[0021]所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件包括位于局部球面2.1和局部球面2.2上在至少正交的兩個(gè)方向上布置的非接觸式直線電機(jī)，所述非接觸式直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向與其所布置位置處的球面相切。
[0022]所述同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0023]所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件用于補(bǔ)償由于實(shí)際運(yùn)行中誤差的存在造成的被支撐物體的姿態(tài)擾動(dòng)，從而保持被支撐物體的姿態(tài)穩(wěn)定。
[0024]所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，
[0025]所述外部隨動(dòng)部件通過(guò)對(duì)被支撐物體的隨動(dòng)保證所述同心局部球面支撐部件的運(yùn)動(dòng)保持在行程范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明同心局部球面支撐部件與切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)剖面示意圖；[0029]圖4為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的一實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0031]圖1為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為同心局部球面支撐部件，2為切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，3為同心局部球面支撐部件與被支撐物體間的連接部件，4為用于連接各同心局部球面支撐部件的連接部件，連接部件4還用于將各同心局部球面支撐部件與外部隨動(dòng)部件相連接，5為被支撐物體，6為外部隨動(dòng)部件。圖1中的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置形成了相對(duì)于被支撐物體質(zhì)心的球面支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0032]圖1中各個(gè)同心局部球面支撐部件I的局部球面為有厚度的局部球面，包括外表面和內(nèi)表面。各球面支撐部件I的局部球面的外表面均共球面，即各局部球面的外表面均位于同一空間球面上。各球面支撐部件I的局部球面的內(nèi)表面均共球面，即各局部球面的內(nèi)表面均位于同一空間球面上。各局部球面的外表面以及內(nèi)表面的球心重合，該球心稱(chēng)為同心局部球面支撐部件I的特征球心，且同心局部球面支撐部件I的特征球心與被支撐物體5的質(zhì)心高精度重合。各個(gè)同心局部球面支撐部件I之間具有一定的間距。
[0033]圖1中的每個(gè)同心局部球面支撐部件I處都安裝有切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2，切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2用于產(chǎn)生球面切向驅(qū)動(dòng)力，所述球面切向至少包括正交的兩個(gè)方向。
[0034]圖1中的連接部件3用于將同心局部球面支撐部件1、切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2與被支撐物體5相連接；連接部件4用于將同心局部球面支撐部件1、切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2與外部隨動(dòng)部件6相連接。
[0035]圖1中示意性的給出了三組同心局部球面支撐部件1，但并不限于三組。本發(fā)明不對(duì)同心局部球面支撐部件中局部球面的大小進(jìn)行特別的限定，球面大小與被支撐物質(zhì)量、擾動(dòng)加速度等相關(guān)，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)適當(dāng)大小的局部球面。
[0036]圖1中給出的本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中，同心局部球面支撐部件的特征球心與被支撐物體的質(zhì)心重合，支撐部件為純球面切向滑動(dòng)，徑向力不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，切向擾動(dòng)力經(jīng)支撐部件后可完全釋放，外界對(duì)被支撐物體的姿態(tài)干擾被消除。同心局部球面支撐部件在同一球面上實(shí)現(xiàn)，使得每個(gè)支撐點(diǎn)的作用力均通過(guò)被支撐物體的質(zhì)心，從而避免了外部隨動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)對(duì)被支撐物體姿態(tài)的影響。
[0037]圖2為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)剖面示意圖，給出了同心局部球面高精度姿態(tài)穩(wěn)定裝置的整體剖面，顯示其中一個(gè)球面支撐部件I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2中可見(jiàn)其內(nèi)部所有球面均共球心，該球心即同心局部球面支撐部件I的特征球心，且該球心與被支撐物體5的質(zhì)心G在三維空間高精度重合。
[0038]圖3為本發(fā)明同心局部球面支撐部件與切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)剖面示意圖，圖3顯示了球面支撐部件I和切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2的局部放大剖視B。圖3中球面支撐部件I的局部球面包括相對(duì)于被支撐物5由近到遠(yuǎn)的局部球面1.1、局部球面1.2、局部球面1.3、局部球面1.4，其中局部球面1.1和局部球面1.2為一對(duì)局部球面，局部球面1.3和局部球面1.4為另一對(duì)局部球面。每個(gè)球面支撐部件I的這些局部球面均分別對(duì)應(yīng)共球面，即每個(gè)球面支撐部件I的局部球面1.1位于同一空間球面BI上，每個(gè)球面支撐部件I的局部球面1.2位于同一空間球面B2上，每個(gè)球面支撐部件I的局部球面1.3位于同一空間球面B3上，每個(gè)球面支撐部件I的局部球面1.4位于同一空間球面B4上。局部球面1.1、局部球面1.2、局部球面1.3、局部球面1.4均共球心，即空間球面B1、B2、B3和B4共球心，該球心即同心局部球面支撐部件I的特征球心，且該球心與被支撐物體5的質(zhì)心G高精度重合。局部球面1.1和局部球面1.4連接形成空腔，局部球面1.2和局部球面1.3連接所構(gòu)成的中間層被約束在所述空腔中。在每個(gè)球面支撐部件I的每對(duì)局部球面之間，即局部球面1.1和局部球面1.2組成的局部球面對(duì)之間、局部球面1.3和局部球面1.4組成的局部球面對(duì)之間，設(shè)置互相排斥的永磁力，這些永磁力的方向垂直于局部球面，每對(duì)局部球面的間隙均非常小，約為亞毫米級(jí)。當(dāng)局部球面對(duì)1.1和1.2相互靠近時(shí)，由于強(qiáng)互斥永磁力的存在，球面支撐部件I通過(guò)連接部件3為被支撐物體5提供過(guò)質(zhì)心的拉力，當(dāng)局部球面對(duì)1.3和
1.4相互靠近時(shí)，由于強(qiáng)互斥永磁力的存在，球面支撐部件I通過(guò)連接部件3為被支撐物體5提供過(guò)質(zhì)心的推力。根據(jù)磁場(chǎng)力的特性，其在極小的位移內(nèi)能提供很大的作用力。由于通過(guò)球面支撐部件I傳遞的所有作用力均通過(guò)被支撐物體5的質(zhì)心，所以該作用力只會(huì)對(duì)被支撐物體5產(chǎn)生平動(dòng)加速度，不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，從而不會(huì)影響被支撐物體5的姿態(tài)。由于采用永磁體，球面支撐部件I為無(wú)源器件，沒(méi)有功率消耗。由于采用非接觸方式，所以由外部隨動(dòng)部件6傳遞的高頻振動(dòng)將被隔離，不會(huì)對(duì)被支撐物體造成干擾。
[0039]圖3所示的同心局部球面支撐部件為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，其中的實(shí)現(xiàn)手段并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明的同心局部球面支撐部件的局部球面也可僅為單層局部球面，采用本領(lǐng)域常規(guī)的固定連接方式，只要同心局部球面支撐部件具備圖1所描述的基本特征，即可解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。
[0040]在圖3中，還有局部球面2.1和局部球面2.2，它們是切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2對(duì)應(yīng)的局部球面，各個(gè)切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2的局部球面2.1共球面，各個(gè)切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2的局部球面2.2共球面，且局部球面2.1和局部球面2.2對(duì)應(yīng)的球心重合，該球心為切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2的特征球心,且與局部球面1.1、1.2、1.3、1.4同球心。局部球面2.1和局部球面
2.2構(gòu)成一對(duì)局部球面，局部球面對(duì)2.1和2.2的間隙均非常小，約為亞毫米級(jí)。在局部球面對(duì)2.1和2.2上，在至少正交的兩個(gè)方向上布置非接觸式直線電機(jī)，非接觸式直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向與其所布置位置處的球面相切，使得局部球面1.2和局部球面1.3所形成的中間層沿與局部球面1.1和局部球面1.4相切的方向運(yùn)動(dòng)，用于補(bǔ)償由于實(shí)際運(yùn)行中誤差的存在造成的被支撐物體5的姿態(tài)擾動(dòng)?？臻g物體的轉(zhuǎn)動(dòng)有三個(gè)自由度，一般可看做兩個(gè)指向和一個(gè)回轉(zhuǎn)。局部球面對(duì)2.1和2.2上布置的非接觸式直線電機(jī)，可補(bǔ)償兩個(gè)方向的指向和繞本體的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而可實(shí)現(xiàn)被支撐物體5在三個(gè)自由度上的轉(zhuǎn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。由于切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2的作用力與局部球面相切，且局部球面的半徑可設(shè)計(jì)的相對(duì)較大，從而使調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2可實(shí)現(xiàn)高精度、小功耗，所以非常有利于工程應(yīng)用。由于切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2采用非接觸式局部球面對(duì)2.1和2.2實(shí)現(xiàn)，從而避免了接觸可能造成的微振動(dòng)傳遞，同樣可隔離從外部隨動(dòng)部件6傳遞的高頻振動(dòng)，不會(huì)對(duì)被支撐物體造成干擾。
[0041]圖4為本發(fā)明同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的一實(shí)施例的示意圖。該實(shí)施例示意的是在一個(gè)空間飛行器7上，連接了示意的多關(guān)節(jié)或萬(wàn)向節(jié)的外部隨動(dòng)部件6，外部隨動(dòng)部件6通過(guò)連接部件4實(shí)現(xiàn)與同心局部球面支撐部件I的連接，同心局部球面支撐部件I的另一端通過(guò)連接部件3與被支撐物體5連接在一起，這里的被支撐物可以是對(duì)天觀測(cè)或目標(biāo)跟蹤的望遠(yuǎn)鏡或者是天線等高精度要求的載荷。[0042]其工作原理為:
[0043]通過(guò)同心局部球面支撐部件I隔離航天器的幾乎所有中、高頻振動(dòng)，懸浮跟隨機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍并不用很大，對(duì)于每個(gè)作動(dòng)點(diǎn)僅有幾毫米的量級(jí)，僅需極低的功耗，就能補(bǔ)償所有外部環(huán)境干擾造成的誤差。
[0044]利用同心局部球面支撐部件I可實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定度的慣性姿態(tài)或低動(dòng)態(tài)特性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟隨控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高精度及穩(wěn)定度姿態(tài)的應(yīng)用。利用飛行器7的姿態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)、被支撐物體5的測(cè)量的姿態(tài)數(shù)據(jù)及外部隨動(dòng)部件6的角度測(cè)量數(shù)據(jù)，外部隨動(dòng)部件6能夠補(bǔ)償飛行器平臺(tái)本身存在的殘差，實(shí)現(xiàn)對(duì)被支撐物體5的跟蹤控制。
[0045]外部隨動(dòng)部件6對(duì)被支撐物體5的直接擾動(dòng)作用僅為連接臍帶線作用力及力矩；被支撐物體5 (如望遠(yuǎn)鏡)基本與飛行器7所受的外部環(huán)境力及力矩相同，這些環(huán)境作用較為微弱，主要包含地球高層稀薄大氣的自由分子流區(qū)域引起的氣動(dòng)阻力，擾動(dòng)的力矩包含重力梯度力矩、氣動(dòng)偏心所致氣動(dòng)力矩以及更弱的光壓作用力及力矩。
[0046]利用同心局部球面支撐部件I的每個(gè)點(diǎn)安裝的切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件2，僅需要消耗很小的電功率，就可以克服以上較為低頻的外部干擾力矩，相比外部振動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償?shù)目刂瓶鞌[鏡上的轉(zhuǎn)動(dòng)控制力矩，這些力作用十分微弱，由于利用同心局部球面支撐部件I是非接觸的永磁結(jié)構(gòu)，其可靠性相比快擺鏡等主動(dòng)控制所用的執(zhí)行元件如壓電陶瓷、大功率音圈電機(jī)等更為可靠，使用壽命更為長(zhǎng)久。
[0047]在飛行器平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的情況下，隨動(dòng)部件6相對(duì)被支撐物體5業(yè)可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同心局部球面支撐部件I的每個(gè)點(diǎn)可能偏離行程的中間位置，需要外部隨動(dòng)部件6跟隨運(yùn)動(dòng)，以滿足同心局部球面支撐部件I行程的約束。局部球面上徑向磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生的磁力指向被支撐物體5的質(zhì)心方向，在小偏差的條件下，作用在被支撐物體5上的力矩很小、基本為零，因此能夠?qū)Ρ恢挝矬w5產(chǎn)生平移作用，同時(shí)基本不對(duì)被支撐物體5的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生影響，減小了對(duì)被支撐物體5姿態(tài)的擾動(dòng)。
[0048]為了實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的姿態(tài)控制，一方面需要抵消外部弱作用，另外還需要抵消造成的長(zhǎng)期漂移在作用點(diǎn)的切向平動(dòng)累積，防止出現(xiàn)行程超限的情況，外部隨動(dòng)機(jī)構(gòu)6應(yīng)做跟隨運(yùn)動(dòng)，使得同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置的運(yùn)動(dòng)不超過(guò)其行程。
[0049]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0050]1.本發(fā)明充分利用被支撐物在慣性空間中的姿態(tài)保持特性維持基本姿態(tài)，僅需對(duì)剩余誤差項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度大大提高，調(diào)節(jié)功耗大幅度降低。
[0051]2.本發(fā)明同心局部球面支撐部件特征球心與被支撐物體質(zhì)心重合，支撐部件為純球面切向滑動(dòng)，徑向力不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，切向擾動(dòng)力經(jīng)支撐部件后可完全釋放，外界對(duì)被支撐物體的姿態(tài)干擾被消除。
[0052]3.本發(fā)明切向驅(qū)動(dòng)部件特征球心與被支撐物體質(zhì)心高精度重合，姿態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)效率高，多個(gè)切向驅(qū)動(dòng)部件可在行程范圍內(nèi)合成任一方向任一角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)間功能冗余互備，可靠性高。
[0053]4.本發(fā)明支撐部件采用磁力懸浮方式，切向運(yùn)動(dòng)無(wú)自然阻尼，并對(duì)高頻振動(dòng)有隔尚作用。
[0054]5.本發(fā)明對(duì)被支撐物體姿態(tài)進(jìn)行高精度調(diào)節(jié)過(guò)程中，僅需外部隨動(dòng)部件在行程范圍內(nèi)做角度跟蹤，跟蹤精度與控制帶寬要求顯著降低。
【權(quán)利要求】
1.一種同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置包括: 同心局部球面支撐部件，所述同心局部球面支撐部件的局部球面為有厚度的局部球面，包括外表面和內(nèi)表面； 切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，安裝于所述同心局部球面支撐部件處，用于產(chǎn)生球面切向驅(qū)動(dòng)力； 連接部件3，用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與被支撐物體相連接； 連接部件4，用于將所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件與外部隨動(dòng)部件相連接； 其中，所述同心局部球面支撐部件、所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件和所述連接部件3共同組成一套支撐設(shè)備，所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置包括3套或以上所述支撐設(shè)備；其中各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空間球面上，各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的內(nèi)表面均共球面，即均位于同一空間球面上，且各所述同心局部球面支撐部件的局部球面的外表面以及內(nèi)表面的球心重合，該球心稱(chēng)為所述同心局部球面支撐部件的特征球心，且所述同心局部球面支撐部件的特征球心與被支撐物體的質(zhì)心重合；所述姿態(tài)穩(wěn)定裝置形成了相對(duì)于被支撐物體質(zhì)心的球面支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 所述同心局部球面支撐部件的局部球面還包括靠近所述外表面的局部球面1.3和靠近所述內(nèi)表面的局部球面1.2，且各所述同心局部球面支撐部件的局部球面1.3均共球面，各所述同心局部球面支撐部件的局部球面1.2均共球面，局部球面1.3和局部球面1.2的球心均與所述同心局部球面支撐部件的特征球心重合；所述外表面和所述內(nèi)表面連接形成空腔；局部球面1.3和局部 球面1.2連接所構(gòu)成的中間層被約束在所述空腔中。
3.如權(quán)利要求2所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 在所述外表面和所述局部球面1.3之間以及所述內(nèi)表面和所述局部球面1.2之間均設(shè)置互相排斥的永磁力，所述永磁力的方向垂直于所述外表面和所述內(nèi)表面。
4.如權(quán)利要求1所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 所述球面切向至少包括正交的兩個(gè)方向。
5.如權(quán)利要求1-3所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件包括局部球面2.1和局部球面2.2 ； 各所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的局部球面2.1共球面，各所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的局部球面2.2共球面，且所述局部球面2.1和所述局部球面2.2對(duì)應(yīng)的球心重合，該球心為所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的特征球心，所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的特征球心與所述同心局部球面支撐部件的特征球心重合； 所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件包括位于局部球面2.1和局部球面2.2上在至少正交的兩個(gè)方向上布置的非接觸式直線電機(jī)，所述非接觸式直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向與其所布置位置處的球面相切。
6.如權(quán)利要求1所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 所述切向調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件用于補(bǔ)償由于實(shí)際運(yùn)行中誤差的存在造成的被支撐物體的姿態(tài)擾動(dòng)，從而保持被支撐物體的姿態(tài)穩(wěn)定。
7.如權(quán)利要求1所述的同心局部球面姿態(tài)穩(wěn)定裝置，其中， 所述外部隨動(dòng)部件通過(guò)對(duì)被支撐物體的隨動(dòng)保證所述同心局部球面支撐部件的運(yùn)動(dòng)保持在行程范圍 內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103744436SQ201410000135
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】張濤, 劉兵山, 李新峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心