一种同心局部球面高精度姿态稳定装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种同心局部球面姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括：同心局部球面支撑部件；切向调节驱动部件，用于产生球面切向驱动力；用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与被支撑物体相连接的连接部件；用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与外部随动部件相连接的连接部件；其中各所述同心局部球面支撑部件的局部球面共球面，且共球面的球心与被支撑物体的质心重合。本发明专利技术可隔离外界对被支撑物体的姿态干扰，并可修正微小姿态误差，高精度的保持被支撑物体的姿态稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种同心局部球面高精度姿态稳定装置
本专利技术涉及机械电子领域中的一种姿态稳定支撑与调节装置，具体是一种同心局部球面高精度姿态稳定装置。
技术介绍
空间天文观测、星间光通信等领域需观察仪器具备高精度的惯性姿态，利用航天器平台提供的较粗精度姿态，进一步精级的姿态采用双框架结构、机械臂、快摆镜等方式对实现更高精度的姿态调节。二十一世纪以来，在国内外众多的星间、星地激光通信试验中广泛采用的ATP装置，就是在光学系统的双框架的两维转台上，通过种子激光器的反馈测量，利用快摆镜的闭环控制实现发射或接收光路的精确共轴指向；美欧合作的詹姆斯.韦伯空间望远镜(JWST)，采用减振器隔离卫星平台的动量轮等机构引起的结构的振动，采用快摆镜方式实现对天区的稳定控制；在美国规划的未来巨型空间望远镜项目(ATLAST)的一个拼接镜面的提议方案中，在其具有角分精度的机械臂的末端，采用了三个平行作动的音圈电机来实现望远镜的精密指向的倾斜。这些姿态调节装置通过双框架结构或是机械臂上的高精度电机的运动来控制望远镜，或者利用望远镜光路内部快摆镜的运动，使其指向目标的区域。为了实现较为稳定的闭环指向控制，对以上装置中的各部分结构件刚度都有一定的要求，此时的代价体现在两个方面：一方面增加了作动元件的负载，如电机、压电陶瓷或音圈电机的作动力进一步加大，同等条件下增大了系统的功耗；另外一方面，刚性的增加使得航天器平台内部机构引起的高频振动干扰，能够作用到望远镜部分，这种高频颤振对望远镜视轴的稳定性形成干扰，因此以上的装置通常还需要增加被动的减振环节。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出一种同心局部球面高精度姿态稳定装置，该姿态稳定装置释放对被支撑物的转动扰动，利用被支撑物在惯性空间中的姿态保持特性维持基本姿态，同时提供切向驱动力补偿误差项，实现被支撑物的高精度姿态。本专利技术提出了一种同心局部球面姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括：同心局部球面支撑部件，所述同心局部球面支撑部件的局部球面为有厚度的局部球面，包括外表面和内表面；切向调节驱动部件，安装于所述同心局部球面支撑部件处，用于产生球面切向驱动力；连接部件3，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与被支撑物体相连接；连接部件4，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与外部随动部件相连接；其中，所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件和所述连接部件3共同组成一套支撑设备，所述姿态稳定装置包括3套或以上所述支撑设备；其中各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空间球面上，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的内表面均共球面，即均位于同一空间球面上，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面以及内表面的球心重合，该球心称为所述同心局部球面支撑部件的特征球心，且所述同心局部球面支撑部件的特征球心与被支撑物体的质心重合；所述姿态稳定装置形成了相对于被支撑物体质心的球面支撑、转动与驱动结构。所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述同心局部球面支撑部件的局部球面还包括靠近所述外表面的局部球面1.3和靠近所述内表面的局部球面1.2，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面1.3均共球面，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面1.2均共球面，局部球面1.3和局部球面1.2的球心均与所述同心局部球面支撑部件的特征球心重合；所述外表面和所述内表面连接形成空腔；局部球面1.3和局部球面1.2连接所构成的中间层被约束在所述空腔中。所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，在所述外表面和所述局部球面1.3之间以及所述内表面和所述局部球面1.2之间均设置互相排斥的永磁力，所述永磁力的方向垂直于所述外表面和所述内表面。所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述球面切向至少包括正交的两个方向。所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述切向调节驱动部件包括局部球面2.1和局部球面2.2；各所述切向调节驱动部件的局部球面2.1共球面，各所述切向调节驱动部件的局部球面2.2共球面，且所述局部球面2.1和所述局部球面2.2对应的球心重合，该球心为所述切向调节驱动部件的特征球心，所述切向调节驱动部件的特征球心与所述同心局部球面支撑部件的特征球心重合；所述切向调节驱动部件包括位于局部球面2.1和局部球面2.2上在至少正交的两个方向上布置的非接触式直线电机，所述非接触式直线电机的驱动方向与其所布置位置处的球面相切。所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述切向调节驱动部件用于补偿由于实际运行中误差的存在造成的被支撑物体的姿态扰动，从而保持被支撑物体的姿态稳定。所述的同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述外部随动部件通过对被支撑物体的随动保证所述同心局部球面支撑部件的运动保持在行程范围内。附图说明图1为本专利技术同心局部球面姿态稳定装置的结构示意图；图2为本专利技术同心局部球面姿态稳定装置的结构剖面示意图；图3为本专利技术同心局部球面支撑部件与切向调节驱动部件结构剖面示意图；图4为本专利技术同心局部球面姿态稳定装置的一实施例的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。图1为本专利技术同心局部球面姿态稳定装置的结构示意图。其中1为同心局部球面支撑部件，2为切向调节驱动部件，3为同心局部球面支撑部件与被支撑物体间的连接部件，4为用于连接各同心局部球面支撑部件的连接部件，连接部件4还用于将各同心局部球面支撑部件与外部随动部件相连接，5为被支撑物体，6为外部随动部件。图1中的同心局部球面姿态稳定装置形成了相对于被支撑物体质心的球面支撑、转动与驱动结构。图1中各个同心局部球面支撑部件1的局部球面为有厚度的局部球面，包括外表面和内表面。各球面支撑部件1的局部球面的外表面均共球面，即各局部球面的外表面均位于同一空间球面上。各球面支撑部件1的局部球面的内表面均共球面，即各局部球面的内表面均位于同一空间球面上。各局部球面的外表面以及内表面的球心重合，该球心称为同心局部球面支撑部件1的特征球心，且同心局部球面支撑部件1的特征球心与被支撑物体5的质心高精度重合。各个同心局部球面支撑部件1之间具有一定的间距。图1中的每个同心局部球面支撑部件1处都安装有切向调节驱动部件2，切向调节驱动部件2用于产生球面切向驱动力，所述球面切向至少包括正交的两个方向。图1中的连接部件3用于将同心局部球面支撑部件1、切向调节驱动部件2与被支撑物体5相连接；连接部件4用于将同心局部球面支撑部件1、切向调节驱动部件2与外部随动部件6相连接。图1中示意性的给出了三组同心局部球面支撑部件1，但并不限于三组。本专利技术不对同心局部球面支撑部件中局部球面的大小进行特别的限定，球面大小与被支撑物质量、扰动加速度等相关，可以根据实际情况设计适当大小的局部球面。图1中给出的本专利技术同心局部球面姿态稳定装置，其中，同心局部球面支撑部件的特征球心与被支撑物体的质心重合，支撑部件为纯球面切向滑动，径向力不产生转动力矩，切向扰动力经支撑部件后可完全释放，外界对被支撑物体的姿态干扰被消除。同心局部球面支撑部件在同一球面上实现，使得每个支撑点的作用力均通过被支撑物体的质心，从而避免了外部随动部件的运动对被支撑物体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同心局部球面姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括：同心局部球面支撑部件，所述同心局部球面支撑部件的局部球面为有厚度的局部球面，包括外表面和内表面；切向调节驱动部件，安装于所述同心局部球面支撑部件处，用于产生球面切向驱动力；连接部件3，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与被支撑物体相连接；连接部件4，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与外部随动部件相连接；其中，所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件和所述连接部件3共同组成一套支撑设备，所述姿态稳定装置包括3套或以上所述支撑设备；其中各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空间球面上，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的内表面均共球面，即均位于同一空间球面上，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面以及内表面的球心重合，该球心称为所述同心局部球面支撑部件的特征球心，且所述同心局部球面支撑部件的特征球心与被支撑物体的质心重合；所述姿态稳定装置形成了相对于被支撑物体质心的球面支撑、转动与驱动结构。

【技术特征摘要】
1.一种同心局部球面姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括：同心局部球面支撑部件，所述同心局部球面支撑部件的局部球面为有厚度的局部球面，包括外表面和内表面；切向调节驱动部件，安装于所述同心局部球面支撑部件处，用于产生球面切向驱动力；第一连接部件，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与被支撑物体相连接；第二连接部件，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与外部随动部件相连接；其中，所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件和所述第一连接部件共同组成一套支撑设备，所述姿态稳定装置包括3套或以上所述支撑设备；其中各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空间球面上，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的内表面均共球面，即均位于同一空间球面上，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面以及内表面的球心重合，该球心称为所述同心局部球面支撑部件的特征球心，且所述同心局部球面支撑部件的特征球心与被支撑物体的质心重合；所述姿态稳定装置形成了相对于被支撑物体质心的球面支撑、转动与驱动结构。2.如权利要求1所述的同心局部球面姿态稳定装置，其中，所述同心局部球面支撑部件的局部球面还包括靠近所述外表面的局部球面和靠近所述内表面的局部球面，且各所述同心局部球面支撑部件的靠近所述外表面的局部球面均共球面，各所述同心局部球面支撑部件的靠近所述内表面的局部球面均共球面，靠近所述外表面的局部球面和靠近所述内表面的局部球面的球心均与所述同心局部球面支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，刘兵山，李新峰，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：