3-rps三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它由一個(gè)天線反射體聯(lián)結(jié)一個(gè)天線座架構(gòu)成，天線座是三個(gè)伺服電機(jī)或液壓油缸分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置，該三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置(移動(dòng)副P)的下端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與下平臺(tái)連接，其上端通過球鉸(S)與上平臺(tái)連接，上、下平臺(tái)分別為等邊三角形，且位置一致。3條支鏈分別連接于兩等邊三角形的頂角，其特征是3條支鏈下端的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共面，且匯交于上、下等邊三角形中心連線上的一點(diǎn)O(即構(gòu)成“共面共點(diǎn)”)，構(gòu)成一種基于3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本發(fā)明能圓滿解決獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器的遙感遙測信號(hào)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)天線“過頂”空域連續(xù)跟蹤，達(dá)到工作空域，即方位：0°～360°，俯仰：＜±90°(假設(shè)天線電軸垂直大地朝天位置為天線俯仰角為0°)的工作范圍任意位姿連續(xù)跟蹤。本發(fā)明技術(shù)方案屬于機(jī)電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。用于航天遙 感、衛(wèi)星"三遙"技術(shù)（遙感、遙測、遙控技術(shù)）及衛(wèi)星通信的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 與伺服控制系統(tǒng)、饋源饋線系統(tǒng)（簡稱：天、伺、饋）組成天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遙感、遙測和遙控信 息獲取和指令，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信信息傳遞和處理。尤其是能夠獲取衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器有 效空域的遙測信號(hào)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無過頂"盲區(qū)"的連續(xù)跟蹤衛(wèi)星運(yùn)載火箭等飛行器，圓滿解 決天線在其工作空域，即俯仰：<±90°，方位：0°?360° (假設(shè)天線電軸垂直大地朝天 位置為天線俯仰角為0° )的連續(xù)跟蹤。本發(fā)明技術(shù)方案屬于機(jī)電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 天線反射體部分一般有：主反射器面板、背架結(jié)構(gòu)、中心體、平衡重結(jié)構(gòu)，副反射器 和調(diào)焦裝置及其支撐結(jié)構(gòu)或前饋支撐結(jié)構(gòu)組成；天線座部分一般有：天線座支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū) 動(dòng)軸系及傳動(dòng)裝置、饋線和線纜纏繞裝置、數(shù)據(jù)檢測傳遞裝置和安全保護(hù)裝置組成。天線反 射體和天線座兩個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
[0003] 目前，世界上公知的航天遙感、衛(wèi)星"三遙"技術(shù)（遙感、遙測、遙控技術(shù)）所采用 經(jīng)典的俯仰-方位型（EL-AZ型）天線，俯仰-方位型天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無 法"過頂"連續(xù)跟蹤的"盲錐"區(qū)域，盲錐區(qū)域的大?。疵ゅF的錐頂角）取決于天線與飛 行器的距離和飛行器水平飛行速度。對低軌遙感天線至今尚未圓滿解決"過頂"連續(xù)跟蹤 的問題。先引入一個(gè)天線跟蹤"盲錐區(qū)"的概念，經(jīng)典的俯仰-方位型天線座在跟蹤目標(biāo) 時(shí)，天線方位角速度：β = VAR*c〇S ε )(式中：V為目標(biāo)飛行的水平速度；R為天線到目標(biāo) 的直線距離；ε為天線仰角；β為天線方位角速度），當(dāng)目標(biāo)從天線天頂附近通過時(shí)，仰角 ε -90°，cose -〇，β -〇〇。但電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率是有限的，天線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度也是有限 的，在一定的驅(qū)動(dòng)功率下，天線只能跟蹤某一仰角以下的目標(biāo)，在俯仰-方位型天線天頂附 近存在無法連續(xù)跟蹤的"盲錐區(qū)"。
[0004] 目前，工程實(shí)際中俯仰-方位型（EL-AZ型）天線在天線天頂位置存在著一個(gè)無法 "過頂"連續(xù)跟蹤的"盲錐"區(qū)域，無法采用經(jīng)典的俯仰-方位型天線實(shí)現(xiàn)在天線天頂位置 "過頂"連續(xù)跟蹤。只能選擇避開衛(wèi)星運(yùn)行軌道經(jīng)過天線天頂跟蹤盲區(qū)的位置建造衛(wèi)星地面 站天線。
[0005] 傳統(tǒng)經(jīng)典的遙感遙測低軌衛(wèi)星天線設(shè)計(jì)選用俯仰-方位型（EL-AZ型）天線座，其 存在過頂"盲錐區(qū)"，俯仰-方位型天線無法在衛(wèi)星過頂"盲錐區(qū)"空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn) 信號(hào)不間斷連續(xù)工作的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于已有技術(shù)存在的問題提供一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無 過頂"盲區(qū)"的連續(xù)跟蹤天線系統(tǒng)，圓滿解決天線工作空域"過頂"連續(xù)跟蹤，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào) 和數(shù)據(jù)不間斷連續(xù)工作的需求。由于求解并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反解便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺 服控制。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、速度快、 承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕和控制便捷等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程反解求解 便捷容易，易于實(shí)現(xiàn)伺服控制。應(yīng)用于遙感遙測低軌衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了并聯(lián)機(jī)構(gòu) 的特點(diǎn)。采用3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為天線座，采用空間三套直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置聯(lián)結(jié)上、下兩 個(gè)平臺(tái)，三套直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（移動(dòng)副）下端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副（R)與下平臺(tái)連接，其上端通過 球鉸（S)與上平臺(tái)連接，構(gòu)成3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座。上平臺(tái)上面 通過法蘭接口與各種形式的天線反射體聯(lián)結(jié)，下平臺(tái)與地基固定，也可以與其他載體機(jī)架 (如：車輛、艦船和飛行器等骨架）聯(lián)結(jié)構(gòu)成機(jī)動(dòng)天線系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有效工作范圍（天線俯仰角 度的范圍）由上、下平臺(tái)尺寸（上、下平臺(tái)等邊三角形外接圓半徑比）、桿長、轉(zhuǎn)動(dòng)副和球鉸 的最大轉(zhuǎn)角決定。3條支鏈結(jié)構(gòu)和尺寸一致，呈相隔120°對稱布置；連接下平臺(tái)等邊三角 形角點(diǎn)的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)軸軸線均平行下平臺(tái)平面，且匯交于上、下平臺(tái)中心連線上一點(diǎn) 〇,構(gòu)成該3根轉(zhuǎn)軸軸線共面且匯交兩平臺(tái)中心線上一點(diǎn)的幾何關(guān)系（共面共點(diǎn)），該空間的 幾何構(gòu)成決定本發(fā)明3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三維轉(zhuǎn)動(dòng)的3個(gè)自由度的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0009] 通過對3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的空間機(jī)構(gòu)分析、構(gòu)型綜合和理論推導(dǎo)，合理選取三套 直線驅(qū)動(dòng)裝置的桿長、伸縮長度、空間角度和上、下平臺(tái)尺寸以及球鉸最大轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)天線 工作空域達(dá)到方位：〇°?360°，俯仰：<±90° (假設(shè)天線電軸垂直大地朝天位置為天 線俯仰角為〇° )的工作空域轉(zhuǎn)動(dòng)角度運(yùn)動(dòng)位置無奇異位問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、遙測和遙控 天線在工作空域連續(xù)跟蹤的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該發(fā)明與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成 的天線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、運(yùn)載火箭等飛行器有效空域的遙測信號(hào)和數(shù)據(jù)，圓滿解決過頂跟蹤 "盲區(qū)"問題，實(shí)現(xiàn)工作空域無跟蹤盲區(qū)的一種三維轉(zhuǎn)動(dòng)型（3自由度）天線系統(tǒng)。
[0010] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0011] 一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一個(gè)天線反射體聯(lián)結(jié)一個(gè)天線座構(gòu)成，其特征在 于所述天線座的結(jié)構(gòu)是：三個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)移動(dòng)副的直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（如絲杠 螺母副、液壓缸等），該三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（移動(dòng)副P)的下端與下平臺(tái)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連 接，其上端與上平臺(tái)通過球鉸連接，構(gòu)成3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0012] 上述的三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（移動(dòng)副P)的上、下端分別通過球鉸（S)、轉(zhuǎn)動(dòng)副 (R)與所述上平臺(tái)下底面、下平臺(tái)上面的一個(gè)凸塊連接。
[0013] 上述的天線座的上、下兩個(gè)平臺(tái)均為等邊三角形，上、下兩等邊三角形位置一致， 且相互平行安裝，3條支鏈分別連接于兩等邊三角形的頂角。
[0014] 上述的下平臺(tái)上連接的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處同一平面且平行于下平臺(tái)平面， 且其3根軸線匯交于一點(diǎn)，該點(diǎn)通過上下等邊三角形平臺(tái)中心連線上（共面共點(diǎn)）。
[0015] 上述的上平臺(tái)與天線反射體固定連接，所述下平臺(tái)與地基機(jī)架或天線載體機(jī)架連 接。
[0016] 上述的天線反射體的結(jié)構(gòu)是：一個(gè)中心體外圍有背架結(jié)構(gòu)，背架結(jié)構(gòu)上表面鋪設(shè) 主反射器面板，中心體通過一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：可以圓滿地解決經(jīng)典的俯仰-方位型（EL-AZ型）天線在 天線過天頂"盲錐區(qū)"空域連續(xù)跟蹤衛(wèi)星問題，實(shí)現(xiàn)航天遙感、衛(wèi)星遙感遙測信號(hào)和衛(wèi)星通 信信號(hào)和信息不間斷連續(xù)工作的需求。而且同樣口徑、技術(shù)指標(biāo)的天線，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)系 統(tǒng)的重量明顯低于經(jīng)典的俯仰-方位型（EL-AZ型）天線重量，尤其在大口徑天線時(shí)更加明 顯，僅為俯仰-方位型（EL-AZ型）天線重量的60% -40%，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1 :是本發(fā)明的3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖2 :是本發(fā)明的3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3 :是圖2所示3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型天線俯仰角為E的姿態(tài)示意圖（假設(shè)天線電 軸垂直大地朝天位置為天線俯仰角為〇° )。
[0021] 圖4 :是本發(fā)明3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線反射體的示意圖。
[0022] 圖5:是圖4的俯視圖。
[0023] 圖6 :是本發(fā)明3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖7 :是圖6的剖視圖（俯視）。
[0025] 圖8 :是圖6的剖視圖（仰視）。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0027] 在圖1示出本發(fā)明天線系統(tǒng)（1)是由天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（2)與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)（3)、伺 服控制系統(tǒng)（4)及其相應(yīng)配套的電子設(shè)備共同組成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤衛(wèi)星和飛行器，完成衛(wèi) 星或飛行器信號(hào)和數(shù)據(jù)傳遞、分析和處理。
[0028] 參見圖2和圖3,本并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由天線反射體（5)和天線座架（6)組 成。
[0029] 參見圖4和圖5,本天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)天線反射體（5)由副反射器（前饋無副反射器， 僅后饋型式有副反射器）及其支撐結(jié)構(gòu)（7)、主反射器面板（8)、背架結(jié)構(gòu)（9)和中心體 (10)組成。
[0030] 參見圖6、圖7和圖8,本天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線座（6)由上平臺(tái)（11)、三套直線伸縮 驅(qū)動(dòng)裝置（12)及其伺服電機(jī)（13)、下平臺(tái)（14)和地基機(jī)架（15)組成。伺服控制系統(tǒng)根據(jù) 跟蹤要求指令伺服電機(jī)（13)驅(qū)動(dòng)空間三套直線伸縮裝置（12)，以驅(qū)動(dòng)上平臺(tái)（11)實(shí)現(xiàn)天 線反射體指向所需跟蹤的衛(wèi)星或飛行器，由饋源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)、信息交換或接收。
[0031] 上述的直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（12)及其伺服電機(jī)（13)可以是螺旋傳動(dòng)（如：絲杠螺 母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)），其螺母由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿直線 移動(dòng)；也可以是伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)油泵提供動(dòng)力油，由動(dòng)力油 驅(qū)動(dòng)油缸使活塞桿作直線移動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一個(gè)天線反射體（5)聯(lián)結(jié) 一個(gè)天線座架（6)構(gòu)成，其特征在于所述天線座（6)的結(jié)構(gòu)是：三個(gè)伺服電機(jī)（13)分別驅(qū) 動(dòng)三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng)裝置（12)，該三個(gè)直線伸縮（移動(dòng)副P)驅(qū)動(dòng)裝置（12)的下端通過轉(zhuǎn) 動(dòng)副（R)與下平臺(tái)（14)連接，其上端通過球鉸（S)與上平臺(tái)（11)連接，3條支鏈組成、結(jié) 構(gòu)和尺寸相同，呈相隔120°對稱布置，每一支鏈移動(dòng)副（P)下端連接下平臺(tái)等邊三角形角 點(diǎn)上的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（R)的轉(zhuǎn)軸軸線均平行下平臺(tái)平面且匯交于上、下平臺(tái)中心連線上一點(diǎn) 〇,構(gòu)成該3根轉(zhuǎn)軸軸線共面，且匯交兩平臺(tái)中心線上一點(diǎn)的幾何關(guān)系，即構(gòu)成"共面共點(diǎn)" 幾何特征，移動(dòng)副（P)的上端通過球鉸（S)與上平臺(tái)連接，該空間的幾何構(gòu)成決定本發(fā)明 3-RPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有三維轉(zhuǎn)動(dòng)（3個(gè)自由度）的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，構(gòu)成3-RPS三維轉(zhuǎn)動(dòng)型并 聯(lián)機(jī)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述上、下兩個(gè)平臺(tái) (11、14)均為等邊三角形，上、下兩等邊三角形位置一致，且相互平行安裝，3條支鏈分別連 接于兩等邊三角形的頂角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述基于3-RPS三維 轉(zhuǎn)動(dòng)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，經(jīng)分析和計(jì)算，獲得一組機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和空間幾何關(guān) 系，使得該并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)天線工作空域達(dá)到方位：〇°?360°，俯仰： <±90° (假設(shè)天線電軸垂直大地朝天位置為天線俯仰角為0° )的工作空域，實(shí)際俯仰 工作角度（E)取決于所選轉(zhuǎn)動(dòng)副（P)和球鉸（S)的最大轉(zhuǎn)角，可實(shí)現(xiàn)有效工作空域內(nèi)無盲 區(qū)連續(xù)跟蹤的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述三個(gè)直線伸縮驅(qū)動(dòng) 裝置（12)下端分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述下平臺(tái)（14)上表面的一個(gè)凸塊連接，其上端分別通 過球鉸與上平臺(tái)（11)下底面的一個(gè)凸塊連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述上平臺(tái)（11)與天線 反射體（5)固定連接，所述下平臺(tái)（14)與地基機(jī)架（15)或天線載體機(jī)架連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其特征在于所述天線反射體（5) 的結(jié)構(gòu)是：一個(gè)中心體（10)外圍有背架結(jié)構(gòu)（9)，背架結(jié)構(gòu)（9)上表面鋪設(shè)住反射器面板 (8)，中心體（10)通過一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器（7)。
【文檔編號(hào)】H01Q3/10GK104157977SQ201410445403
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】沈龍, 龔振邦, 劉亮, 楊明德 申請人:上海創(chuàng)投機(jī)電工程有限公司