專利名稱：自平衡式的空間掃描支架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種衛(wèi)星掃描技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種自平衡式的空間掃描 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(guò)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(guò)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(guò)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， 便于控制，可靠性高。但缺點(diǎn)是掃描方向固定，機(jī)構(gòu)可能復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上需做合理設(shè)計(jì)。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(guò)控制動(dòng)量平衡電機(jī)、陀螺儀的運(yùn)動(dòng)等來(lái)抵消掃描系統(tǒng)掃描過(guò)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，加大了衛(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(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)剩余動(dòng)量矩的消除就有很大的局 限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種自平衡式的空間掃描支架，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、重量輕，通過(guò)機(jī)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了前后、左右二維同心轉(zhuǎn)動(dòng)，能自我平衡、抵消大 部分剩余動(dòng)量力矩，從而有效地減輕了控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低了衛(wèi)星制造成本。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括兩個(gè)相互垂直且固定連接的擺 動(dòng)支架，其中第一擺動(dòng)支架的底部設(shè)置于衛(wèi)星的星體上并實(shí)現(xiàn)橫向擺動(dòng)，第二擺動(dòng)支架的 頂部與掃描儀固定連接并實(shí)現(xiàn)縱向擺動(dòng)。所述的擺動(dòng)支架包括平臺(tái)、平衡底板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)齒輪和輔助齒輪，其中平 臺(tái)與平衡底板活動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與驅(qū)動(dòng)齒輪聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)齒輪分別與平臺(tái)和平衡 底板相嚙合，平臺(tái)和平衡底板都和輔助齒輪相嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與平衡底板固定連接，所述第 一擺動(dòng)支架的輔助齒輪與所述星體活動(dòng)連接，所述第二擺動(dòng)支架的輔助齒輪與所述第一擺動(dòng)支架活動(dòng)連接。所述的平臺(tái)的底部和所述平衡底板的頂部相應(yīng)位置均設(shè)有第一導(dǎo)向槽，導(dǎo)向軸穿 過(guò)平臺(tái)和平衡底板的第一導(dǎo)向槽實(shí)現(xiàn)平板與平衡底板活動(dòng)連接。所述的第一導(dǎo)向槽為同心圓弧結(jié)構(gòu)。所述的星體上設(shè)有第一齒輪固定腳，該第一齒輪固定腳與所述第一擺動(dòng)支架的輔 助齒輪相連接。所述的平衡底板的底部設(shè)有第二導(dǎo)向槽，該第二導(dǎo)向槽為同心圓弧結(jié)構(gòu)且與第一 導(dǎo)向槽相互平行。所述的第一擺動(dòng)支架的平板頂部設(shè)有第二齒輪固定腳，該第二齒輪固定腳與所述 第二擺動(dòng)支架的輔助齒輪相連接。所述的平衡底板的底部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有嚙合齒，該嚙合齒的模數(shù)與輔助齒輪相同。所述的導(dǎo)向槽徑向?qū)挾却笥谂c之相嚙合輔助齒輪的主軸直徑。所述的導(dǎo)向槽的弧形角度與齒輪的主軸相匹配且不發(fā)生干涉。本發(fā)明的效果在于結(jié)構(gòu)上盡可能地減輕重量，使外觀簡(jiǎn)明整潔，小平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)前 后俯仰運(yùn)動(dòng)，大平臺(tái)呈90度串聯(lián)固定在小平臺(tái)之上能實(shí)現(xiàn)左右搖擺運(yùn)動(dòng)，并且兩個(gè)方向上 的運(yùn)動(dòng)是同心的。平衡底板與相應(yīng)的平臺(tái)做反向運(yùn)動(dòng)，抵消了大部分掃描過(guò)程中產(chǎn)生的力 矩，解決了掃描系統(tǒng)通過(guò)控制動(dòng)量平衡電機(jī)、陀螺儀的運(yùn)動(dòng)等來(lái)抵消掃描過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng) 量矩導(dǎo)致系統(tǒng)控制復(fù)雜、成本增加的問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明小平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明平衡底板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為驅(qū)動(dòng)齒輪(含電機(jī))放大圖。圖5為輔助齒輪放大圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括兩個(gè)相互垂直且固定連接的擺動(dòng)支架1、2，其中第一 擺動(dòng)支架1的底部設(shè)置于衛(wèi)星的星體3上并實(shí)現(xiàn)橫向擺動(dòng)，第二擺動(dòng)支架2的頂部與掃描 儀固定連接并實(shí)現(xiàn)縱向擺動(dòng)。所述的擺動(dòng)支架包括平臺(tái)4、平衡底板5、輔助齒輪6、驅(qū)動(dòng)電機(jī)7和驅(qū)動(dòng)齒輪14， 其中平臺(tái)4與平衡底板5活動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的輸出軸與驅(qū)動(dòng)齒輪14聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)齒輪14 分別與平臺(tái)4的嚙合齒15和平衡底板5的嚙合齒13嚙合，輔助齒輪6分別與平臺(tái)4的嚙 合齒15和平衡底板5的嚙合齒13嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7與平衡底板5固定連接，所述第一擺動(dòng) 支架1的輔助齒輪6與所述星體3活動(dòng)連接，所述第二擺動(dòng)支架2的輔助齒輪6與所述第 一擺動(dòng)支架1活動(dòng)連接。
所述的平臺(tái)4的底部和所述平衡底板5的頂部相應(yīng)位置均設(shè)有第一導(dǎo)向槽8，導(dǎo)向 軸9穿過(guò)平臺(tái)4和平衡底板5的第一導(dǎo)向槽8實(shí)現(xiàn)平板與平衡底板5活動(dòng)連接；所述的第一導(dǎo)向槽8為同心圓弧結(jié)構(gòu)。所述的星體3上設(shè)有第一齒輪固定腳10，該第一齒輪固定腳10與所述第一擺動(dòng)支 架1的輔助齒輪6相連接；所述的第一擺動(dòng)支架1的平板頂部設(shè)有第二齒輪固定腳11，該第二齒輪固定腳11 與所述第二擺動(dòng)支架2的輔助齒輪6相連接。所述的平衡底板5的底部設(shè)有第二導(dǎo)向槽12，該第二導(dǎo)向槽12為同心圓弧結(jié)構(gòu)且 與第一導(dǎo)向槽8相互平行。所述的平衡底板5的底部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有嚙合齒13，該嚙合齒13的模數(shù)與輔助齒輪6的 模數(shù)相同。所述的平臺(tái)4底部設(shè)有嚙合齒15，該嚙合齒15的模數(shù)與輔助齒輪6的模數(shù)相同。下方導(dǎo)向槽的外形尺寸需保證在運(yùn)動(dòng)時(shí)與齒輪的主軸不發(fā)生干涉。本裝置通過(guò)以下方式進(jìn)行工作所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速由掃描角度和掃描周期決定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)齒 輪14以同樣的速度旋轉(zhuǎn)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪14和平臺(tái)4、平衡底板5的嚙合，帶動(dòng)平臺(tái)4和平 衡底板5以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，運(yùn)動(dòng)到指定位置后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)7反轉(zhuǎn)，循環(huán)往 復(fù)，以此實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)支架1的左右搖擺運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)支架2的前后俯仰運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種自平衡式的空間掃描支架，包括兩個(gè)相互垂直且固定連接的擺動(dòng)支架，其中 第一擺動(dòng)支架的底部設(shè)置于衛(wèi)星的星體上并實(shí)現(xiàn)橫向擺動(dòng)，第二擺動(dòng)支架的頂部與掃描儀 固定連接并實(shí)現(xiàn)縱向擺動(dòng)，其特征在于所述的擺動(dòng)支架包括平臺(tái)、平衡底板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 驅(qū)動(dòng)齒輪和輔助齒輪，其中平臺(tái)與平衡底板活動(dòng)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與驅(qū)動(dòng)齒輪聯(lián) 接，驅(qū)動(dòng)齒輪分別與平臺(tái)和平衡底板相嚙合，平臺(tái)和平衡底板都和輔助齒輪相嚙合，驅(qū)動(dòng)電 機(jī)與平衡底板固定連接，所述第一擺動(dòng)支架的輔助齒輪與所述星體活動(dòng)連接，所述第二擺 動(dòng)支架的輔助齒輪與所述第一擺動(dòng)支架活動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的平臺(tái)的底部和 所述平衡底板的頂部相應(yīng)位置均設(shè)有第一導(dǎo)向槽，導(dǎo)向軸穿過(guò)平臺(tái)和平衡底板的第一導(dǎo)向 槽實(shí)現(xiàn)平板與平衡底板活動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的第一導(dǎo)向槽為 同心圓弧結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的星體上設(shè)有第 一齒輪固定腳，該第一齒輪固定腳與所述第一擺動(dòng)支架的輔助齒輪相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的平衡底板的底 部設(shè)有第二導(dǎo)向槽，該第二導(dǎo)向槽為同心圓弧結(jié)構(gòu)且與第一導(dǎo)向槽相互平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的第一擺動(dòng)支架 的平板頂部設(shè)有第二齒輪固定腳，該第二齒輪固定腳與所述第二擺動(dòng)支架的輔助齒輪相連 接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的平衡底板的底 部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有嚙合齒，該嚙合齒的模數(shù)與輔助齒輪相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的導(dǎo)向槽徑向 寬度大于與之相嚙合輔助齒輪的主軸直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的自平衡式的空間掃描支架，其特征是，所述的導(dǎo)向槽的弧 形角度與齒輪的主軸相匹配且不發(fā)生干涉。
全文摘要
一種衛(wèi)星掃描技術(shù)領(lǐng)域的自平衡式的空間掃描支架，包括兩個(gè)相互垂直且固定連接的擺動(dòng)支架，其中第一擺動(dòng)支架的底部設(shè)置于衛(wèi)星的星體上并實(shí)現(xiàn)橫向擺動(dòng)，第二擺動(dòng)支架的頂部與掃描儀固定連接并實(shí)現(xiàn)縱向擺動(dòng)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，通過(guò)機(jī)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了前后、左右二維同心轉(zhuǎn)動(dòng)，能自我平衡、抵消大部分剩余動(dòng)量力矩，從而有效地減輕了控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低了衛(wèi)星制造成本。
文檔編號(hào)F16M11/18GK102080760SQ20101052571
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月30日
發(fā)明者史耀強(qiáng), 繆松華, 頓向明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)