大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)及方法與流程

文檔序號：11716586閱讀：380來源：國知局

本發(fā)明涉及雷達天線領域，特別是一種大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)及方法。

背景技術：

雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。雷達天線是雷達用來輻射和接收電磁波并決定其探測方向的設備。

隨著雷達探測需求的提高，機動雷達因其機動性，受地域限制小的特點得到了越來越廣泛的應用。高機動雷達需要滿足快速架設、拆收、機動轉移等方面的要求，大型雷達天線作為高機動雷達結構最復雜、體積最大的子系統(tǒng)，其結構形式將對整機的機動性能起著至關重要的作用。機動雷達要求在短時間內完成可靠架設及撤收。在雷達運輸平臺上設置一種鎖緊裝置，通過液壓驅動，同天線舉升液壓系統(tǒng)聯(lián)動，能夠實現(xiàn)自動鎖緊，隨動解鎖的功能。

目前，國內大型機動型雷達天線的拼裝均采用自帶式或獨立式吊車人工吊裝拼接完成。存在著以下缺點：①拼裝天線所需時間較長；②吊裝操作不安全；③雷達需增設專用吊車或自吊裝置；④環(huán)境適應性差；⑤機動性能差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)采用機電液一體化技術，采用位姿采集裝置進行位姿信息采集，可實現(xiàn)中塊天線、邊塊天線自動調平，以及邊塊天線的六自由度運動，進而完成邊塊天線與中塊天線的自動拼接、分離，安全快捷，克服了吊裝的缺點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)，它包括主控系統(tǒng)、位姿檢測系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、液壓執(zhí)行系統(tǒng)、位姿檢測裝置和對接機構，位姿檢測裝置實時采集對接機構的位置信息并傳輸?shù)轿蛔藱z測系統(tǒng)，位姿檢測系統(tǒng)將位置信息傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)，主控系統(tǒng)將位置信息轉換為可控的相對位姿參數(shù)，并發(fā)送控制指令到運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)驅動液壓執(zhí)行系統(tǒng)實時調節(jié)對接機構進行對接分離。

所述的位姿檢測裝置包括激光測距儀、視覺傳感器和傾斜傳感器，激光測距儀和視覺傳感器設置在天線邊塊兩邊，天線中塊對應位置安裝兩塊帶有預設靶標的金屬平板，天線中塊、天線邊塊與對接機構各安裝一個傾斜傳感器。

所述的對接機構包括底座、第一平臺、第二平臺、第三平臺和第四平臺，天線對接機構通過底座與邊塊天線掛車大梁相連，第一平臺支撐第二平臺并完成上裝平臺和天線的小角度旋轉，第二平臺通過安裝滾動直線導軌副使邊塊天線能夠完成車長方向水平移動，第三平臺通過安裝滾動直線導軌副使邊塊天線能夠完成車寬方向水平移動，第四平臺支撐天線邊塊并完成車寬方向水平移動，對接機構上的傾斜傳感器設置在第一平臺上。

所述的液壓執(zhí)行系統(tǒng)包括液壓源、中塊調平回路、平臺調平回路、平臺舉升回路、車款平推回路、車長平推回路、平臺旋轉回路、平臺調資回路和中塊鎖緊回路；

中塊調平回路有四路，每路由一只特種調平鎖緊油缸，一比例多路換向閥組，一只壓力傳感器組成，能夠聯(lián)動或單獨調節(jié)各調平缸，實現(xiàn)中塊的調平；

平臺調平回路有四路，每路由一只調平油缸，一比例多路換向閥組，一只壓力傳感器，一個平衡閥組成，能夠聯(lián)動或單獨調節(jié)各調平缸，實現(xiàn)平臺的調平；

平臺舉升回路通過平行四邊形結構，實現(xiàn)車寬方向運動的同時又實現(xiàn)車高方向的運動；該回路由兩支油缸，一比例多路換向閥組，一個同步閥及二個平衡閥組成；同步閥接在進油口，平衡閥集成在油缸上；

車寬平推回路由兩支油缸、一比例多路換向閥組組成，可聯(lián)動調節(jié)兩只油缸，實現(xiàn)車寬方向水平移動；

車長平推回路由一支油缸、一比例多路換向閥組組成，實現(xiàn)車長方向水平移動；

平臺旋轉回路由一支油缸、一比例多路換向閥組組成，實現(xiàn)平臺的水平旋轉。

平臺調姿回路由四支油缸、四路比例多路換向閥組成，采用四點微調，實現(xiàn)調平腿伸出和收回，無桿腔連接壓力傳感器，能夠反饋天線受力程度；

中塊鎖緊回路由八只油缸、一路比例多路換向閥組成，實現(xiàn)同時鎖定及解鎖。

所述的液壓源采用雙聯(lián)齒輪泵，能夠提供兩路獨立的油源，高壓油用于調平油缸的解鎖，低壓油用于調平、對接和鎖緊。

大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)實現(xiàn)對接分離的方法，它包括自動對接步驟和自動分離步驟；

所述的自動對接包括如下子步驟：

s100、中塊調平，主控系統(tǒng)根據(jù)天線中塊上設置的位姿檢測裝置采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成天線中塊調平；

s101、對接機構粗調平，主控系統(tǒng)根據(jù)對接機構上設置的位姿檢測裝置采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成對接機構粗調平；

s102、對接機構舉升到位，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成對接機構舉升；

s103、位姿檢測裝置粗測y向距離；

s104、位姿檢測裝置精測第一點xz向距離；

s105、位姿檢測裝置精測y向距離；

s106、位姿檢測裝置精測第二點xz向距離；

s107、對接機構精確調姿，主控系統(tǒng)根據(jù)位姿檢測裝置采集的距離數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成對接機構精確調姿，實現(xiàn)天線邊塊與天線中塊靠攏貼合；

s108、鎖緊，液壓執(zhí)行系統(tǒng)將貼合后的天線中塊與天線邊塊鎖緊固定；

s109、對接機構撤收，將對接機構收回初始位置；

所述的自動分離包括如下子步驟：

s200、對接機構粗調平，主控系統(tǒng)根據(jù)對接機構上設置的位姿檢測裝置采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成對接機構粗調平；

s201、對接機構舉升到位，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)完成對接機構舉升；

s202、位姿檢測裝置粗測y向距離；

s203、位姿檢測裝置精測第三點xz向距離；

s204、位姿檢測裝置精測y向距離；

s205、位姿檢測裝置精測第四點xz向距離；

s206、對接機構貼合天線支撐點，主控系統(tǒng)根據(jù)對接機構上設置的位姿檢測裝置采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行對接機構貼合天線支撐點的運動；

s207、對接機構支撐力檢測，液壓執(zhí)行系統(tǒng)檢測對接機構上的支撐力；

s208、天線解鎖，液壓執(zhí)行系統(tǒng)解鎖貼合的天線中塊與天線邊塊；

s209、對接機構撤收，將對接機構收回初始位置。

所述的自動對接步驟具體包括：

s1000、主控系統(tǒng)根據(jù)天線中塊上設置的傾斜傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制中塊調平回路完成天線中塊調平；

s1001、第一平臺粗調平，主控系統(tǒng)根據(jù)第一平臺上設置的傾斜傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制平臺調平回路完成第一平臺粗調平；

s1002、對接機構舉升到位，運動控制系統(tǒng)控制平臺舉升回路完成對接機構舉升；

s1003、激光測距儀粗測y向距離；

s1004、第一視覺傳感器精測第一點xz向距離；

s1005、激光測距儀精測y向距離；

s1006、第二視覺傳感器精測第二點xz向距離；

s1007、第四平臺精確調姿，主控系統(tǒng)根據(jù)激光測距儀和視覺傳感器采集的距離數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制平臺調姿回路完成第四平臺精確調姿，實現(xiàn)天線邊塊與天線中塊靠攏貼合；

s1008、鎖緊，中塊鎖緊回路將貼合后的天線中塊與天線邊塊鎖緊固定；

s1009、對接機構撤收，將對接機構收回初始位置。

所述的自動分離步驟具體包括：

s2000、第一平臺粗調平，主控系統(tǒng)根據(jù)第一平臺上設置的傾斜傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制平臺調平回路完成對接機構粗調平；

s2001、對接機構舉升到位，運動控制系統(tǒng)控制平臺舉升回路完成對接機構舉升；

s2002、激光測距儀粗測y向距離；

s2003、第一視覺傳感器精測第三點xz向距離；

s2004、激光測距儀精測y向距離；

s2005、第二視覺傳感器精測第四點xz向距離；

s2006、對接機構貼合天線支撐點，主控系統(tǒng)根據(jù)第一平臺上設置的傾斜傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送控制指令給運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)控制液壓執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行對接機構貼合天線支撐點的運動；

s2007、第四平臺支撐力檢測，液壓執(zhí)行系統(tǒng)檢測第四平臺上的支撐力；

s2008、天線解鎖，中塊鎖緊回路解鎖貼合的天線中塊與天線邊塊；

s2009、對接機構撤收，將對接機構收回初始位置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)采用機電液一體化技術，采用視覺傳感器與激光測距傳感器自動識別靶標，可實現(xiàn)中塊天線、邊塊天線自動調平，以及邊塊天線的六自由度（x、y、z三軸平移和旋轉）運動，進而完成邊塊天線與中塊天線的自動拼接、分離，安全快捷，克服了吊裝的缺點。

附圖說明

圖1為自動對接分離系統(tǒng)組成框圖；

圖2為天線對接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，大型雷達天線六自由度自動對接分離系統(tǒng)，它包括主控系統(tǒng)、位姿檢測系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、液壓執(zhí)行系統(tǒng)、位姿檢測裝置和對接機構，位姿檢測裝置實時采集對接機構的位置信息并傳輸?shù)轿蛔藱z測系統(tǒng)，位姿檢測系統(tǒng)將位置信息傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)，主控系統(tǒng)將位置信息轉換為可控的相對位姿參數(shù)，并發(fā)送控制指令到運動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)驅動液壓執(zhí)行系統(tǒng)實時調節(jié)對接機構進行對接分離。

將兩套視距傳感器固定在天線邊塊兩邊合適位置，并在中塊對應位置安裝兩塊帶有預設靶標的金屬平板。激光測距傳感器可檢測y軸距離，視覺傳感器可以檢測靶標實際位置相對于目標位置的x軸和z軸偏移量。天線中塊、天線邊塊與對接平臺各安裝一個水平傳感器，可以檢測各自的x軸與y軸的水平偏差。由此，即可獲得天線邊塊相對于天線中塊的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)。

所述的對接機構包括底座、第一平臺、第二平臺、第三平臺和第四平臺，天線對接機構通過底座與邊塊天線掛車大梁相連，在底座與第一一平臺之間設置平行四邊形機構及液壓舉升油缸，同時完成車寬方向和車高方向上的位移；第一平臺支撐第二平臺并完成上裝平臺和天線的小角度旋轉，同時，第一平臺增加了四只精調平小油缸，不但起到天線調姿、輔助對接的作用，而且油缸自帶壓力檢測，也可輔助天線分離；第二平臺通過安裝滾動直線導軌副使邊塊天線能夠完成車長方向水平移動，第三平臺通過安裝滾動直線導軌副使邊塊天線能夠完成車寬方向水平移動，第四平臺支撐天線邊塊并完成車寬方向水平移動，對接機構上的傾斜傳感器設置在第一平臺上。

平臺舉升回路通過平行四邊形結構，實現(xiàn)車寬方向運動的同時又實現(xiàn)車高方向的運動；該回路由兩支油缸，一比例多路換向閥組，一個同步閥及二個平衡閥組成；同步閥接在進油口，采用分流式同步，可實現(xiàn)舉升油缸的同步要求，保證同步精度≤3%。平衡閥集成在油缸上，可平衡油缸載荷，保持其運動平穩(wěn)；

車寬平推回路由兩支油缸、一比例多路換向閥組組成，可聯(lián)動調節(jié)兩只油缸，實現(xiàn)車寬方向水平移動；

車長平推回路由一支油缸、一比例多路換向閥組組成，實現(xiàn)車長方向水平移動；

平臺旋轉回路由一支油缸、一比例多路換向閥組組成，實現(xiàn)平臺的水平旋轉。

平臺調姿回路由四支油缸、四路比例多路換向閥組成，采用四點微調，實現(xiàn)調平腿伸出和收回，無桿腔連接壓力傳感器，能夠反饋天線受力程度；

中塊鎖緊回路由八只油缸、一路比例多路換向閥組成，實現(xiàn)同時鎖定及解鎖，油缸里集成了檢測開關，可給出解鎖/鎖緊信號。

所述的液壓源采用雙聯(lián)齒輪泵，能夠提供兩路獨立的油源，高壓油用于調平油缸的解鎖，低壓油用于調平、對接和鎖緊。

因本系統(tǒng)要求精度高，故閥組采用比例多路換向閥。該閥為組合閥，由多個片閥疊加組合而成，每一聯(lián)多路閥均可單獨動作，具有結構緊湊，輸出流量可調，響應頻率高的特點，其輸出流量可根據(jù)輸入電信號大小實現(xiàn)無級可調，可使多個執(zhí)行元件同時并相互獨立的以不同運動方向和運動速度工作，有利于控制系統(tǒng)實施精準控制。該閥組還帶有手動控制手柄，用于應急情況下操作控制系統(tǒng)。

比例多路換向閥與傳統(tǒng)疊加式閥相比較有以下優(yōu)點：

1）控制精準，控制速度無級可調；

2）負載敏感控制，當系統(tǒng)無動作時，使整個系統(tǒng)卸荷，減少功耗及發(fā)熱，維持液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3）可輕易增加附加功能改變回路，且結構緊湊，安裝空間??；

4）附帶手動功能，在應急狀態(tài)方便操作，手柄可拆卸；

5）無需制作閥塊，縮短設計周期。

本系統(tǒng)采用角度誤差調節(jié)方案，即先將x軸方向調平，再將y軸方向調平。雖然調節(jié)時間稍長，但協(xié)調性好。并且在每條調平腿的無桿腔安裝一個壓力傳感器，以便實時檢測調平腿壓力，保證調平結束后無虛腿現(xiàn)象。

為保證調平的精度，本系統(tǒng)采用比例多路閥控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁換向閥控制?？墒苟鄠€執(zhí)行元件同時并相互獨立的以不同運動方向和運動速度工作，該閥結構緊湊，輸出流量可根據(jù)輸入電信號大小實現(xiàn)無級可調，響應頻率高，能滿足本系統(tǒng)要求。

如圖2所示，在邊塊自動調平后，舉升缸動作，使邊塊天線在車高和車寬方向向中塊天線靠近，然后通過邊塊調平缸、車長缸、車寬缸、旋轉缸動作，以視距傳感器信號為基礎，不斷調整邊塊天線的姿態(tài)，將邊塊天線逐步向中塊天線靠攏，最終實現(xiàn)邊塊天線與中塊天線的對接鎖定。

分離時，在對接控制的基礎上，加上姿態(tài)缸的控制，以保證第四平臺可靠地將邊塊天線托舉起來，保證順利解鎖。每個姿態(tài)缸裝有壓力傳感器，檢測第四平臺對邊塊天線托舉的情況。