專利名稱：一種帶有自平衡功能的空間掃描支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星載荷的掃描系統(tǒng)，具體是一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星已經(jīng)成為現(xiàn)代生活不可缺少的重要組成部分，其中，空間掃描系統(tǒng)的主要任務(wù)是全面、穩(wěn)定地掃描觀測(cè)區(qū)，并精確遙測(cè)數(shù)據(jù)。由于衛(wèi)星在外太空高速運(yùn)行，根據(jù)動(dòng)量守恒原則，掃描機(jī)構(gòu)各個(gè)維度的轉(zhuǎn)動(dòng)，必將影響衛(wèi)星體的運(yùn)行姿態(tài)。根據(jù)衛(wèi)星工作的特殊需要，掃描機(jī)構(gòu)具有以下要求:機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)一定幅度的掃描，且左右擺動(dòng)及前后俯仰必須圍繞同一個(gè)圓心；在保證一定剛度的條件下，機(jī)構(gòu)的質(zhì)量要盡可能輕，工作時(shí)，機(jī)構(gòu)作用在星體上的動(dòng)量力矩要盡可能??；機(jī)構(gòu)要盡可能緊湊，充分利用有限容積；機(jī)構(gòu)頂部平臺(tái)能承受一定體積的配重。目前，空間二維掃描有兩種實(shí)現(xiàn)形式:并聯(lián)式和串聯(lián)式。并聯(lián)式掃描機(jī)構(gòu)通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)掃描轉(zhuǎn)臺(tái)，姿態(tài)非常豐富，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的掃描；機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，安裝方便。其缺點(diǎn)是多個(gè)驅(qū)動(dòng)器同步工作，部分驅(qū)動(dòng)器之間的同步性要求較高，加大了出錯(cuò)的幾率；為保持掃描過程圍繞同心轉(zhuǎn)動(dòng)，控制系統(tǒng)必將復(fù)雜，進(jìn)而增加了衛(wèi)星的制造成本，并且掃描轉(zhuǎn)臺(tái)底部的驅(qū)動(dòng)臂之間相互制約，限制了單個(gè)方向上轉(zhuǎn)臺(tái)的移動(dòng)幅度。串聯(lián)式掃描機(jī)構(gòu)是通過單維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的，每個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)分別由單個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，具有較好的獨(dú)立性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制，可靠性高，但結(jié)構(gòu)上需做合理設(shè)計(jì)?？臻g有掃描要求的載荷儀器，一般都需要在一個(gè)維度上進(jìn)行快速的方位掃描，另一維度上進(jìn)行相對(duì)較慢的俯仰掃描，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地球特定區(qū)域的掃描?？焖賿呙枰鸬母蓴_力矩較大，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的擾動(dòng)嚴(yán)重；慢速掃描引起的擾動(dòng)則可以由衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)消除。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，空間掃描機(jī)構(gòu)都不具備動(dòng)量力矩自我補(bǔ)償功能，而主要通過控制動(dòng)量平衡飛輪、陀螺儀的運(yùn)動(dòng)等來抵消掃描系統(tǒng)掃描過程中產(chǎn)生的動(dòng)量矩。這種方法對(duì)控制系統(tǒng)精度、響應(yīng)速度都要求很高，加大衛(wèi)星的成本，并且當(dāng)空間掃描配重大，掃描速度相對(duì)較快時(shí)，通過這種方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)剩余動(dòng)量矩的消除就有很大的局限。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)式和串聯(lián)式掃描機(jī)構(gòu)存在的控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了載荷儀器的方位快速掃描轉(zhuǎn)動(dòng)和俯仰慢速掃描，其中載荷儀器的方位掃描能夠?qū)崿F(xiàn)自我平衡、抵消大部分剩余動(dòng)量力矩；本發(fā)明能夠有效地減輕衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種帶有自平衡功能的空間掃描支架，該裝置包括:
安裝于衛(wèi)星殼體上的安裝架的頂端安裝有弧形支架；方位掃描支架安裝于弧形支架上，弧形支架帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道；載荷儀器和配重安裝在方位掃描支架的兩側(cè)，分別通過滾輪[14]和滾輪[18]在方位掃描支架的滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描；齒形傳送帶[8]的兩端固定在載荷儀器上；載荷儀器由電機(jī)[6]、齒輪[9]和齒輪[17]通過齒形傳送帶[8]驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行擺動(dòng)掃描；其中齒輪[17]有兩個(gè)，分布在方位掃描支架的弧形滑道兩端；齒形傳送帶[2]的兩端固定在配重上；配重由電機(jī)[3]、齒輪[11]和齒輪[15]通過齒形傳送帶[2]驅(qū)動(dòng),進(jìn)行擺動(dòng)掃描；其中齒輪[15]有兩個(gè)，分布在方位掃描支架的弧形滑道的兩端；在方位掃描支架上安裝有一組電機(jī)[16]和齒輪[12]組合，方位掃描支架上的弧形滑塊可以在弧形支架的弧形滑道內(nèi)圍繞弧形支架的圓心滑動(dòng)。本發(fā)明一種帶有自平衡功能的空間掃描支架，由于采取上述的技術(shù)方案，包括具有兩個(gè)滑道及兩個(gè)滑塊的方位掃描支架，一個(gè)帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道的弧形支架。其中:載荷儀器和配重分布在支架的兩邊，通過滾輪在滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描；方位掃描支架上的弧形滑塊可以在弧形支架的弧形滑道內(nèi)回繞弧形支架的圓心滑動(dòng)。在方位掃描支架上安裝有一組電機(jī)齒輪組合，該組合可以與弧形支架行成齒輪傳動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)方位掃描支架沿著弧形支架的滑道滑動(dòng)。因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有掃描機(jī)構(gòu)存在的控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問題，能實(shí)現(xiàn)載荷一起的方位俯仰掃描運(yùn)動(dòng)；在方位掃描過程中，載荷儀器與配重做反向運(yùn)動(dòng)，抵消了大部分掃描過程中產(chǎn)生的力矩。本發(fā)明取得如下有益效果:減輕衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低了研制成本，延長(zhǎng)了衛(wèi)星壽命。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方位掃描自平衡的機(jī)械原理圖；圖2是本發(fā)明帶有自平衡功能的空間掃描支架的主視圖；圖3是圖2的俯視圖；圖4是本發(fā)明中方位掃描支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中弧形支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為:1、配重；2、齒形傳送帶；3、電機(jī)；4、弧形支架；5、方位掃描支架；6、電機(jī)；7、載荷儀器；8、齒形傳送帶；9、齒輪；10、衛(wèi)星；11、齒輪；12、齒輪；13、安裝架；14、滾輪；15、齒輪16、電機(jī)；17、齒輪；18、滾輪。
具體實(shí)施例方式圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方位掃描自平衡的機(jī)械原理圖；如圖1的實(shí)施例所示，載荷儀器ml與配重m2的回轉(zhuǎn)中心分布在兩側(cè)，同時(shí)進(jìn)行方向相反的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行干擾力的抵消。其中，為達(dá)到消除力矩?cái)_動(dòng)的干擾，ml圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積與m2圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角速度的乘積大小相等，方向相反；ml圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角加速度的乘積與m2圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積大小相等，方向相反。下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖2是本發(fā)明帶有自平衡功能的空間掃描支架的主視圖；圖3是圖2的俯視圖。如圖2和圖3的實(shí)施例所示，該裝置包括:安裝于衛(wèi)星10殼體上的安裝架13的頂端安裝有弧形支架4 ;方位掃描支架5安裝于弧形支架4上，弧形支架4帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道。載荷儀器7和配重I安裝在方位掃描支架5的兩側(cè)，分別通過滾輪14和滾輪18在方位掃描支架5的滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描；齒形傳送帶8的兩端固定在載荷儀器7上。載荷儀器7由電機(jī)6、齒輪9和齒輪17通過齒形傳送帶8驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行擺動(dòng)掃描，其中齒輪17有兩個(gè)，分布在方位掃描支架5的弧形滑道兩端，起惰輪的作用；齒形傳送帶2的兩端固定在配重I上。配重I由電機(jī)3、齒輪11和齒輪15通過齒形傳送帶2驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行擺動(dòng)掃描，其中齒輪15有兩個(gè)，分布在方位掃描支架5的弧形滑道的兩端，起惰輪的作用。通過上述運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載荷儀器的快速方位掃描，同時(shí)能夠有效地抵消大部分力矩干擾。在方位掃描支架5上安裝有一組電機(jī)16和齒輪12組合,方位掃描支架5上的弧形滑塊可以在弧形支架4的弧形滑道內(nèi)圍繞弧形支架4的圓心滑動(dòng)。通過上述運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載荷儀器7的俯仰掃描。上述載荷儀器7圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積與配重I圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角速度的乘積大小相等，方向相反；載荷儀器7圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角加速度的乘積與配重I圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積大小相等，方向相反。圖4是本發(fā)明中方位掃描支架5的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4的實(shí)施例所示，方位掃描支架5具有兩個(gè)滑道及兩個(gè)弧形滑塊，其滑塊的弧形與弧形支架4的圓心相同。圖5是本發(fā)明中弧形支架4的結(jié)構(gòu)；如圖5的實(shí)施例所示，弧形支架4具有滑道和內(nèi)齒弧，該滑道和內(nèi)齒弧均為圓心相同的結(jié)構(gòu)。由上所述，本發(fā)明包括一個(gè)具有兩個(gè)滑道及兩個(gè)滑塊的方位掃描支架，一個(gè)帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道的弧形支架。其中:載荷儀器和配重分布在支架的兩邊，通過滾輪在滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描；方位掃描支架上的弧形滑塊可以在弧形支架的弧形滑道內(nèi)回繞弧形支架的圓心滑動(dòng)。在方位掃描支架上安裝有一組電機(jī)齒輪組合，該組合可以與弧形支架行成齒輪傳動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)方位掃描支架沿著弧形支架的滑道滑動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種帶有自平衡功能的空間掃描支架，其特征在于，該裝置包括: 安裝于衛(wèi)星[10]殼體上的安裝架[13]的頂端安裝有弧形支架[4];方位掃描支架[5]安裝于弧形支架[4]上，弧形支架[4]帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道； 載荷儀器[7]和配重[I]安裝在方位掃描支架[5]的兩側(cè)，分別通過滾輪[14]和滾輪[18]在方位掃描支架[5]的滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描；齒形傳送帶[8]的兩端固定在載荷儀器[7]上；載荷儀器[7]由電機(jī)[6]、齒輪[9]和齒輪[17]通過齒形傳送帶[8]驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行擺動(dòng)掃描；其中齒輪[17]有兩個(gè)，分布在方位掃描支架[5]的弧形滑道兩端；齒形傳送帶[2]的兩端固定在配重[I]上；配重[I]由電機(jī)[3]、齒輪[11]和齒輪[15]通過齒形傳送帶[2]驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行擺動(dòng)掃描；其中齒輪[15]有兩個(gè)，分布在方位掃描支架[5]的弧形滑道的兩端； 在方位掃描支架[5]上安裝有一組電機(jī)[16]和齒輪[12]組合,方位掃描支架[5]上的弧形滑塊可以在弧形支架[4]的弧形滑道內(nèi)圍繞弧形支架[4]的圓心滑動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的空間掃描支架，其特征在于:所述的方位掃描支架[5]具有兩個(gè)滑道及兩個(gè)弧形滑塊，其滑塊的弧形與弧形支架[4]的圓心相同。
3.如權(quán)利要求1所述的空間掃描支架，其特征在于:所述的弧形支架[4]具有滑道和內(nèi)齒弧，該滑道和內(nèi)齒弧均為圓心相同的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的空間掃描支架，其特征在于:所述的載荷儀器[7]圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積與配重[I]圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角速度的乘積大小相等，方向相反；載荷儀器[7]圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)角加速度的乘積與配重[I]圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積大小相等，方向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及衛(wèi)星掃描系統(tǒng)，公開了一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。包括一個(gè)具有兩個(gè)滑道及兩個(gè)滑塊的方位掃描支架[5]安裝于弧形支架[4]上，弧形支架[4]帶有內(nèi)齒弧及弧形滑道；載荷儀器[7]和配重[1]安裝在方位掃描支架[5]的兩側(cè)，分別通過滾輪在方位掃描支架[5]的滑道上做速度方向相反的擺動(dòng)掃描，載荷儀器圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積與配重圍繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與回轉(zhuǎn)速度的乘積相等且方向相反。本發(fā)明解決了現(xiàn)有掃描機(jī)構(gòu)存在的控制系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問題，取得了減輕衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低研制成本，延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命等有益效果。
文檔編號(hào)F16M13/02GK103115233SQ201110366060
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者趙艷濤, 陳同輝, 王愛國 申請(qǐng)人:上海航天測(cè)控通信研究所