3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统。它由一个天线反射体和天线座构成，天线座由三个伺服电机分别驱动三个直线驱动装置，该三个直线驱动装置的两端均用万向铰与上、下平台铰连，上、下平台均为等边三角形，且位置一致，3条支链连接移动副的两个万向铰的转轴轴线各自相互正交，且分别连接于两三角形的顶角，连接下平台的3个万向铰转动轴线构成“共面共点”，连接上平台的3个万向铰转动轴线构成“共点不共面”，构成3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统。本发明专利技术能圆满解决天线“过顶”连续跟踪，工作空域达方位：0°～360°，俯仰：＜±90°(设朝天位置为俯仰角为0°)任意位姿连续跟踪。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统。它由一个天线反射体和天线座构成，天线座由三个伺服电机分别驱动三个直线驱动装置，该三个直线驱动装置的两端均用万向较与上、下平台较连，上、下平台均为等边三角形，且位置一致，3条支链连接移动副的两个万向较的转轴轴线各自相互正交，且分别连接于两三角形的顶角，连接下平台的3个万向较转动轴线构成“共面共点”，连接上平台的3个万向较转动轴线构成“共点不共面”，构成3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统。本专利技术能圆满解决天线“过顶”连续跟踪，工作空域达方位：0°?360°，俯仰：<±90°(设朝天位置为俯仰角为0°)任意位姿连续跟踪。【专利说明】3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统 所属
明涉及一种基于3-IPU二转一移型并联机构的天线结构系统。用于航天遥 感、卫星"二遥"技术（遥感、遥测、遥控技术）及卫星通信的天线结构系统。天线结构系统 与伺服控制系统、馈源馈线系统（简称：天、伺、馈）组成天线系统，实现遥感、遥测和遥控信 息犾取和?日令'头现卫生通彳自彳旨息传递和处理。尤其是能够获取卫星、运载火箭等飞行器有 效空域的遥测信号和数据，实现无过顶"盲区，，的连续跟踪卫星运载火箭等飞行器，圆满解 决天线在其工作空域，即俯仰：<土90。，方位：〇。?360。（假设天线电轴垂直大地朝天 位置为天线俯仰角为0° )的连续跟踪。本专利技术技术方案属于机电一体化
。
技术介绍
天线反射体部分一般有：主反射器面板、背架结构、中心体、平衡重结构，副反射器 和调焦装置及其支撑结构或前馈支撑结构组成；天线座部分一般有：天线座支撑结构、驱 动轴系及传动装置、馈线和线缆缠绕装置、数据检测传递装置和安全保护装置组成f天线反 射体和天线座两个分系统构成天线结构系统。 ~ 目前，世界上公知的航天遥感、卫星"三遥"技术（遥感、遥测、遥控技术）所采用 经典的俯仰-方位型（EL-AZ型）天线，俯仰-方位型天线在天线天顶位置存在着一个无 法"过顶续跟踪的"盲锥"区域，盲锥区域的大小（即盲锥的锥顶角）取决于天线与飞 行器的距呙和飞行器水平飞行速度。对低轨遥感天线至今尚未圆满解决"过顶，，连续跟踪 的问题。先引入一个天线跟踪"盲锥区"的概念，经典的俯仰-方位型天线座在跟踪目标 时，天线方位角速度：β = VAR*COS ε )(式中：v为目标飞行的水平速度；R为天线到目标 的直线距离；ε为天线仰角；β为天线方位角速度），当目标从天线天顶附近通过时，仰角 ε -90。，cose -〇，β -〇〇。但电机驱动功率是有限的，天线转动的角速度也是有限 的，在一定的驱动功率下，天线只能跟踪某一仰角以下的目标，在俯仰-方位型天线天顶附 近存在无法连续跟踪的"盲锥区"。 、 目前，工程实际中俯仰-方位型（EL-AZ型）天线在天线天顶位置存在着一个无法 "过顶"连续跟踪的"盲锥"区域，无法采用经典的俯仰-方位型天线实现在天线天顶位置 "过顶"连续跟踪。只能选择避开卫星运行轨道经过天线天顶跟踪盲区的位置建造卫星地面 站天线。 传统经典的遥感遥测低轨卫星天线设计选用俯仰-方位型（EL-AZ型）天线座，其 存在过顶"盲锥区"，俯仰-方位型天线无法在卫星过顶"盲锥区"空域连续跟踪卫星，实?见 信号不间断连续工作的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于已有技术存在的问题提供一种并联机构天线结构系统，实现无 过顶"盲区"的连续跟踪天线系统，圆满解决天线工作空域"过顶"连续跟踪,实现卫星信号 和数据不间断连续工作的需求。由于求解并联机构的运动方程反解便捷容易，易于实现伺 服控制。 为了达到上述目的，本专利技术的构思是：利用并联机构具有刚度大、精度高、速度快、 承载能力大、结构简单、重量轻和控制便捷等独特优点，而且并联机构的运动方程反解求解 便捷容易二易于实现伺服控制。应用于遥感遥测低轨卫星天线的设计，充分发挥了并联机构 的特点。米用 3_UPU型并联机构作为天线座，采用空间三套直线伸缩驱动装置联结上、下两 个平台三套直线伸缩驱动装置（移动副）上端、下端分别通过万向铰（U)与上、下平台连 接，连接下平台的3个万向铰（U)转动轴线构成"共面共点"几何特征，连接上平台的3个 万向铰（U)转动轴线构成"共点不共面"几何特征，构成 3-uPU二转一移型并联机构，实现 3-UPU型并联机构天线座。上平台上面通过法兰接口与各种形式的天线反射体联结，下平台 与地基固定，也可以与其他载体机架（如：车辆、舰船和飞行器等骨架）联结构成机动天线 系统。 本专利技术的3-UPU二转一移型并联机构天线结构系统的有效工作范围（天线俯仰角 度的范围）由上、下平台尺寸（上、下平台等边三角形外接圆半径比）、移动副杆长和万向 铰（U)的最大转角决定。3条支链结构和尺寸一致，呈相隔1 2〇。对称布置；每一支链连接 移动副的万向铰（U)的两个转轴轴线相互正交；连接下平台等边三角形角点的3个万向铰 (U)转轴轴线均平行下平台平面，且汇交于上、下平台中心连线上一点，构成该 3根转轴轴 线共面且汇交两平台中心线上一点的几何关系（共面共点）；连接上平台等边三角形角点 的 3个万向铰（U)转轴轴线汇交于上、下平台中心连线上一点（共点不共面），该空间的几 何构成决定本专利技术3-UPU型并联机构具有二转一移（2个转动、1个移动）3个自由度的空间 并联机构。 通过对3-UPU型并联机构的空间机构分析、构型综合和理论推导，合理选取三套 直线驱动装置的杆长、伸缩长度、空间角度和上、下平台尺寸以及万向铰（U)最大转角，实 现天线工作空域达到俯仰：<±90。，方位：0。?360。（假设天线电轴垂直大地朝天位 置为天线俯仰角为0° )的工作空域转动角度运动位置无奇异位问题，实现航天遥感、遥测 和遥控天线在工作空域连续跟踪的天线结构系统。该专利技术与相应的馈源系统和伺服控制系 统构成的天线系统，实现卫星、运载火箭等飞行器有效空域的遥测信号和数据，圆满解决过 顶跟踪"盲区"问题，实现工作空域无跟踪盲区的一种二转一移型（2个转动1个移动3自 由度）天线系统。 根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案： -种并联机构天线结构系统，由一个天线反射体联结一个天线座构成，其特征在 于所述天线座的结构是：三个伺服电机分别驱动三个移动副的直线伸缩驱动装置（如丝杠 螺母副、液压缸等），该三个直线伸缩驱动装置（移动副）的上、下端分别与上、下平台通过 万向铰（U)连接，构成3-UPU型并联机构。 上述的天线座的上、下两个平台均为等边三角形，上、下两等边三角形位置一致， 且相互平行安装，3条支链分别连接于两等边三角形的顶角。 上述的下平台上连接的3个万向铰（U)的转动轴线处同一平面且平行于下平台平 面，且其3根轴线汇交于一点，该点通过上下等边三角形平台中心连线上（共面共点）；每 条支链的移动副的两端的万向铰（U)的转轴轴线均各自相互正交；这时与上平台连接的移 动副的万向铰（U)的转轴轴线汇交于一点，且该点通过上、下等边三角形平台中心连线上 (共点不共面）；同时与上平台连接的万向铰（u)的转轴轴线构成一个平行于上平台的等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3‑UPU二转一移型并联机构的天线结构系统，由一个天线反射体(5)联结一个天线座架(6)构成，其特征在于所述天线座(6)的结构是：三个伺服电机(13)分别驱动三个直线伸缩驱动装置(12)，该三个直线伸缩驱动装置(12)的上、下端分别与上平台(11)下端与下平台(14)上端通过万向铰(U)连接。3条连接支链结构和尺寸一致，呈相隔120°对称布置，每一支链连接移动副(P)的两个万向铰(U)的两个转轴轴线相互正交，连接下平台等边三角形角点的3个万向铰(U)转轴轴线均平行下平台平面，且汇交于上、下平台中心连线上一点O，构成该3根转轴轴线共面的几何关系，即连接下平台3个万向铰(U)的轴线构成“共面共点”几何特征；连接上平台等边三角形角点的3个万向铰(U)转轴轴线汇交于上下平台中心连线上一点o，即连接上平台3个万向铰(U)的轴线构成“共点不共面”几何特征。该空间的几何构成决定本专利技术3‑UPU型并联机构具有二转一移(2个转动、1个移动)3个自由度的空间并联机构，构成3‑UPU二转一移型并联机构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈龙，龚振邦，刘亮，杨明德，
申请(专利权)人：上海创投机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31