3-upu二轉(zhuǎn)一移型并聯(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-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它由一個天線反射體和天線座構(gòu)成，天線座由三個伺服電機(jī)分別驅(qū)動三個直線驅(qū)動裝置，該三個直線驅(qū)動裝置的兩端均用萬向較與上、下平臺較連，上、下平臺均為等邊三角形，且位置一致，3條支鏈連接移動副的兩個萬向較的轉(zhuǎn)軸軸線各自相互正交，且分別連接于兩三角形的頂角，連接下平臺的3個萬向較轉(zhuǎn)動軸線構(gòu)成“共面共點”，連接上平臺的3個萬向較轉(zhuǎn)動軸線構(gòu)成“共點不共面”，構(gòu)成3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本發(fā)明能圓滿解決天線“過頂”連續(xù)跟蹤，工作空域達(dá)方位：0°?360°，俯仰：<±90°(設(shè)朝天位置為俯仰角為0°)任意位姿連續(xù)跟蹤。
【專利說明】3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 明涉及一種基于3-IPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。用于航天遙 感、衛(wèi)星"二遙"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)，實現(xiàn)遙感、遙測和遙控信 息犾取和?日令'頭現(xiàn)衛(wèi)生通彳自彳旨息傳遞和處理。尤其是能夠獲取衛(wèi)星、運載火箭等飛行器有 效空域的遙測信號和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無過頂"盲區(qū)，，的連續(xù)跟蹤衛(wèi)星運載火箭等飛行器，圓滿解 決天線在其工作空域，即俯仰：<土90。，方位：〇。?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) 動軸系及傳動裝置、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f天線反 射體和天線座兩個分系統(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無 法"過頂續(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 行器的距咼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，天線方位角速度：β = VAR*COS 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，仰角 ε -90。，cose -〇，β -〇〇。但電機(jī)驅(qū)動功率是有限的，天線轉(zhuǎn)動的角速度也是有限 的，在一定的驅(qū)動功率下，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，工程實際中俯仰-方位型（EL-AZ型）天線在天線天頂位置存在著一個無法 "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?見 信號不間斷連續(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,實現(xiàn)衛(wèi)星信號 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)的運動方程反解便捷容易，易于實現(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特優(yōu)點，而且并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運動方程反解求解 便捷容易二易于實現(xiàn)伺服控制。應(yīng)用于遙感遙測低軌衛(wèi)星天線的設(shè)計，充分發(fā)揮了并聯(lián)機(jī)構(gòu) 的特點。米用 3_UPU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)動裝置聯(lián)結(jié)上、下兩 個平臺三套直線伸縮驅(qū)動裝置（移動副）上端、下端分別通過萬向鉸（U)與上、下平臺連 接，連接下平臺的3個萬向鉸（U)轉(zhuǎn)動軸線構(gòu)成"共面共點"幾何特征，連接上平臺的3個 萬向鉸（U)轉(zhuǎn)動軸線構(gòu)成"共點不共面"幾何特征，構(gòu)成 3-uPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn) 3-UPU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線座。上平臺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 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)動天線 系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(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、下平臺尺寸（上、下平臺等邊三角形外接圓半徑比）、移動副桿長和萬向 鉸（U)的最大轉(zhuǎn)角決定。3條支鏈結(jié)構(gòu)和尺寸一致，呈相隔1 2〇。對稱布置；每一支鏈連接 移動副的萬向鉸（U)的兩個轉(zhuǎn)軸軸線相互正交；連接下平臺等邊三角形角點的3個萬向鉸 (U)轉(zhuǎn)軸軸線均平行下平臺平面，且匯交于上、下平臺中心連線上一點，構(gòu)成該 3根轉(zhuǎn)軸軸 線共面且匯交兩平臺中心線上一點的幾何關(guān)系（共面共點）；連接上平臺等邊三角形角點 的 3個萬向鉸（U)轉(zhuǎn)軸軸線匯交于上、下平臺中心連線上一點（共點不共面），該空間的幾 何構(gòu)成決定本發(fā)明3-UPU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有二轉(zhuǎn)一移（2個轉(zhuǎn)動、1個移動）3個自由度的空間 并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0009] 通過對3-UPU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)動裝置的桿長、伸縮長度、空間角度和上、下平臺尺寸以及萬向鉸（U)最大轉(zhuǎn)角，實 現(xiàn)天線工作空域達(dá)到俯仰：<±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° )的工作空域轉(zhuǎn)動角度運動位置無奇異位問題，實現(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)，實現(xiàn)衛(wèi)星、運載火箭等飛行器有效空域的遙測信號和數(shù)據(jù)，圓滿解決過 頂跟蹤"盲區(qū)"問題，實現(xiàn)工作空域無跟蹤盲區(qū)的一種二轉(zhuǎn)一移型（2個轉(zhuǎn)動1個移動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] -種并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一個天線反射體聯(lián)結(jié)一個天線座構(gòu)成，其特征在 于所述天線座的結(jié)構(gòu)是：三個伺服電機(jī)分別驅(qū)動三個移動副的直線伸縮驅(qū)動裝置（如絲杠 螺母副、液壓缸等），該三個直線伸縮驅(qū)動裝置（移動副）的上、下端分別與上、下平臺通過 萬向鉸（U)連接，構(gòu)成3-UPU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0012] 上述的天線座的上、下兩個平臺均為等邊三角形，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。
[0013] 上述的下平臺上連接的3個萬向鉸（U)的轉(zhuǎn)動軸線處同一平面且平行于下平臺平 面，且其3根軸線匯交于一點，該點通過上下等邊三角形平臺中心連線上（共面共點）；每 條支鏈的移動副的兩端的萬向鉸（U)的轉(zhuǎn)軸軸線均各自相互正交；這時與上平臺連接的移 動副的萬向鉸（U)的轉(zhuǎn)軸軸線匯交于一點，且該點通過上、下等邊三角形平臺中心連線上 (共點不共面）；同時與上平臺連接的萬向鉸（u)的轉(zhuǎn)軸軸線構(gòu)成一個平行于上平臺的等邊 三角形，其位置與上平臺等邊三角形位置相差60°。
[0014]上述的上平臺與天線反射體固定連接，所述下平臺與地基機(jī)架或天線載體機(jī)架連 接。
[0015] 上述的天線反射體的結(jié)構(gòu)是：一個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，中心體通過一個支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器。
[0016] 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，實現(xiàn)航天遙感、衛(wèi)星遙感遙測信號和衛(wèi)星通 信信號和信息不間斷連續(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更加^ 顯，僅為俯仰-方位型（EL-AZ型）天線重量的 6〇%-40%，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1 :是本發(fā)明的3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖2 :是本發(fā)明的3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3 :是圖2所示3-UPU二轉(zhuǎn)一移型天線俯仰角為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0° )。
[0020] 圖4 :是本發(fā)明3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的天線反射體的示意圖。
[0021] 圖5:是圖4的俯視圖。
[0022]圖6 :是本發(fā)明3-UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(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。
[0023] 圖7 :是圖6的剖視圖（俯視）。
[0024] 圖8 :是圖6的剖視圖（仰視）。

【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0026]在圖1示出本發(fā)明天線系統(tǒng)⑴是由天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)⑵與相應(yīng)的饋源系統(tǒng)⑶、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，實現(xiàn)自動跟蹤衛(wèi)星和飛行器，完成衛(wèi) 星或飛行器信號和數(shù)據(jù)傳遞、分析和處理。
[0027]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。
[0028]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。
[0029] 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（⑴、三套直線伸縮 驅(qū)動裝置（12)及其伺服電機(jī)（13)、下平臺（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)動空間三套直線伸縮裝置（12)，以驅(qū)動上平臺（11)實現(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)實現(xiàn)信號、信息交換或接收。
[0030] 上述的直線伸縮驅(qū)動裝置（I2)及其伺服電機(jī)（13)可以是螺旋傳動（如：絲杠螺 母傳動機(jī)構(gòu)），其螺母由伺服電機(jī)直接驅(qū)動或者通過傳動裝置驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿直線 移動；也可以是伺服電機(jī)直接驅(qū)動或者通過傳動裝置驅(qū)動一個油泵提供動力油，由動力油 驅(qū)動油缸使活塞桿作直線移動。
【權(quán)利要求】
1_ 一種基于3_UPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由一^t"天線反射體（5)聯(lián) 結(jié)一個天線座架（6)構(gòu)成，其特征在于所述天線座（6)的結(jié)構(gòu)是：三個伺服電機(jī)（13)分別 驅(qū)動三個直線伸縮驅(qū)動裝置（I 2)，該三個直線伸縮驅(qū)動裝置（I2)的上、下端分別與上平臺 (11)下端與下平臺（14)上端通過萬向鉸（U)連接。3條連接支鏈結(jié)構(gòu)和尺寸一致，呈相隔 120°對稱布置，每一支鏈連接移動副（P)的兩個萬向鉸（U)的兩個轉(zhuǎn)軸軸線相互正交，連 接下平臺等邊三角形角點的3個萬向鉸（U)轉(zhuǎn)軸軸線均平行下平臺平面，且匯交于上、下平 臺中心連線上一點0,構(gòu)成該3根轉(zhuǎn)軸軸線共面的幾何關(guān)系，即連接下平臺3個萬向鉸（U) 的軸線構(gòu)成"共面共點"幾何特征；連接上平臺等邊三角形角點的3個萬向鉸（U)轉(zhuǎn)軸軸線 匯交于上下平臺中心連線上一點〇,即連接上平臺 3個萬向鉸（U)的軸線構(gòu)成"共點不共面" 幾何特征。該空間的幾何構(gòu)成決定本發(fā)明3-WU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有二轉(zhuǎn)一移 （2個轉(zhuǎn)動、丨個 移動）3個自由度的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，構(gòu)成3-IPU二轉(zhuǎn)一移型并聯(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、下兩個平臺 (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-UPU型并聯(lián) 機(jī)構(gòu)的天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，經(jīng)分析和計算，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：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° )的工作空域，實際俯仰工作角度（E)取決 于所選萬向鉸（U)的最大轉(zhuǎn)角，可實現(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直線伸縮驅(qū)動 裝置（12)的每相鄰兩個上端通過萬向鉸（U)與所述上平臺（11)下底面的一個凸塊鉸連， 而每相鄰兩個下端通過萬向鉸（U)與所述與一塊下平臺（14)上表面的一個凸塊鉸連。
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（11)與天線 反射體（5)固定連接，所述下平臺（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（1〇)通過一個支撐結(jié)構(gòu)安裝副反射器（7)。
【文檔編號】H01Q1/12GK104218301SQ201410445425
【公開日】2014年12月17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