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
技術領域：
本發明涉及衛星載荷的掃描系統，具體是一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。
背景技術：
隨著現代科學技術的不斷發展，衛星已經成為現代生活不可缺少的重要組成部分，其中，空間掃描系統的主要任務是全面、穩定地掃描觀測區，并精確遙測數據。由于衛星在外太空高速運行，根據動量守恒原則，掃描機構各個維度的轉動，必將影響衛星體的運行姿態。根據衛星工作的特殊需要，掃描機構具有以下要求:機構能實現一定幅度的掃描，且左右擺動及前后俯仰必須圍繞同一個圓心；在保證一定剛度的條件下，機構的質量要盡可能輕，工作時，機構作用在星體上的動量力矩要盡可能小；機構要盡可能緊湊，充分利用有限容積；機構頂部平臺能承受一定體積的配重。目前，空間二維掃描有兩種實現形式:并聯式和串聯式。并聯式掃描機構通過多個驅動器驅動掃描轉臺，姿態非常豐富，可以實現多個方向的掃描；機構較為簡單，安裝方便。其缺點是多個驅動器同步工作，部分驅動器之間的同步性要求較高，加大了出錯的幾率；為保持掃描過程圍繞同心轉動，控制系統必將復雜，進而增加了衛星的制造成本，并且掃描轉臺底部的驅動臂之間相互制約，限制了單個方向上轉臺的移動幅度。串聯式掃描機構是通過單維驅動機構串聯而成的，每個維度的運動分別由單個驅動器驅動，具有較好的獨立性，結構簡單，便于控制，可靠性高，但結構上需做合理設計。空間有掃描要求的載荷儀器，一般都需要在一個維度上進行快速的方位掃描，另一維度上進行相對較慢的俯仰掃描，進而實現對地球特定區域的掃描。快速掃描引起的干擾力矩較大，對衛星姿態的擾動嚴重；慢速掃描引起的擾動則可以由衛星姿軌控系統消除。經對現有技術的文獻檢索發現，空間掃描機構都不具備動量力矩自我補償功能，而主要通過控制動量平衡飛輪、陀螺儀的運動等來抵消掃描系統掃描過程中產生的動量矩。這種方法對控制系統精度、響應速度都要求很高，加大衛星的成本，并且當空間掃描配重大，掃描速度相對較快時，通過這種方式來實現系統剩余動量矩的消除就有很大的局限。目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容
為了解決現有技術的并聯式和串聯式掃描機構存在的控制系統復雜，制造成本高，以及結構設計不合理等問題，本發明的目的在于提供一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。利用本發明，實現了載荷儀器的方位快速掃描轉動和俯仰慢速掃描，其中載荷儀器的方位掃描能夠實現自我平衡、抵消大部分剩余動量力矩；本發明能夠有效地減輕衛星姿軌控系統的負擔，延長衛星壽命。為了達到上述發明目的，本發明為解決其技術問題所采用的技術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，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[6]、齒輪[9]和齒輪[17]通過齒形傳送帶[8]驅動，進行擺動掃描；其中齒輪[17]有兩個，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[3]、齒輪[11]和齒輪[15]通過齒形傳送帶[2]驅動,進行擺動掃描；其中齒輪[15]有兩個，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[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圍繞弧形支架的圓心滑動。本發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方案，包括具有兩個滑道及兩個滑塊的方位掃描支架，一個帶有內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回繞弧形支架的圓心滑動。在方位掃描支架上安裝有一組電機齒輪組合，該組合可以與弧形支架行成齒輪傳動副，驅動方位掃描支架沿著弧形支架的滑道滑動。因此，本發明解決了現有掃描機構存在的控制系統復雜，制造成本高以及結構設計不合理等問題，能實現載荷一起的方位俯仰掃描運動；在方位掃描過程中，載荷儀器與配重做反向運動，抵消了大部分掃描過程中產生的力矩。本發明取得如下有益效果:減輕衛星姿軌控系統的負擔，降低了研制成本，延長了衛星壽命。


圖1是實現本發明方位掃描自平衡的機械原理圖；圖2是本發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是本發明中方位掃描支架的結構示意圖；圖5是本發明中弧形支架的結構示意圖。圖中標記為:1、配重；2、齒形傳送帶；3、電機；4、弧形支架；5、方位掃描支架；6、電機；7、載荷儀器；8、齒形傳送帶；9、齒輪；10、衛星；11、齒輪；12、齒輪；13、安裝架；14、滾輪；15、齒輪16、電機；17、齒輪；18、滾輪。
具體實施例方式圖1是實現本發明方位掃描自平衡的機械原理圖；如圖1的實施例所示，載荷儀器ml與配重m2的回轉中心分布在兩側，同時進行方向相反的轉動，進行干擾力的抵消。其中，為達到消除力矩擾動的干擾，ml圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積與m2圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角速度的乘積大小相等，方向相反；ml圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角加速度的乘積與m2圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積大小相等，方向相反。下面結合

本發明的優選實施例。圖2是本發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的實施例所示，該裝置包括:安裝于衛星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，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6、齒輪9和齒輪17通過齒形傳送帶8驅動，進行擺動掃描，其中齒輪17有兩個，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3、齒輪11和齒輪15通過齒形傳送帶2驅動，進行擺動掃描，其中齒輪15有兩個，分布在方位掃描支架5的弧形滑道的兩端，起惰輪的作用。通過上述運動，實現載荷儀器的快速方位掃描，同時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的弧形滑道內圍繞弧形支架4的圓心滑動。通過上述運動，實現載荷儀器7的俯仰掃描。上述載荷儀器7圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積與配重I圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角速度的乘積大小相等，方向相反；載荷儀器7圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角加速度的乘積與配重I圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積大小相等，方向相反。圖4是本發明中方位掃描支架5的結構示意圖；如圖4的實施例所示，方位掃描支架5具有兩個滑道及兩個弧形滑塊，其滑塊的弧形與弧形支架4的圓心相同。圖5是本發明中弧形支架4的結構；如圖5的實施例所示，弧形支架4具有滑道和內齒弧，該滑道和內齒弧均為圓心相同的結構。由上所述，本發明包括一個具有兩個滑道及兩個滑塊的方位掃描支架，一個帶有內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回繞弧形支架的圓心滑動。在方位掃描支架上安裝有一組電機齒輪組合，該組合可以與弧形支架行成齒輪傳動副，驅動方位掃描支架沿著弧形支架的滑道滑動。
權利要求
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，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[6]、齒輪[9]和齒輪[17]通過齒形傳送帶[8]驅動，進行擺動掃描；其中齒輪[17]有兩個，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[3]、齒輪[11]和齒輪[15]通過齒形傳送帶[2]驅動，進行擺動掃描；其中齒輪[15]有兩個，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[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]的弧形滑道內圍繞弧形支架[4]的圓心滑動。
2.如權利要求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]具有兩個滑道及兩個弧形滑塊，其滑塊的弧形與弧形支架[4]的圓心相同。
3.如權利要求1所述的空間掃描支架，其特征在于:所述的弧形支架[4]具有滑道和內齒弧，該滑道和內齒弧均為圓心相同的結構。
4.如權利要求1所述的空間掃描支架，其特征在于:所述的載荷儀器[7]圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積與配重[I]圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角速度的乘積大小相等，方向相反；載荷儀器[7]圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉角加速度的乘積與配重[I]圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積大小相等，方向相反。
全文摘要
本發明涉及衛星掃描系統，公開了一種帶有自平衡功能的空間掃描支架。包括一個具有兩個滑道及兩個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，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掃描，載荷儀器圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積與配重圍繞回轉中心的轉動慣量與回轉速度的乘積相等且方向相反。本發明解決了現有掃描機構存在的控制系統復雜，制造成本高以及結構設計不合理等問題，取得了減輕衛星姿軌控系統的負擔，降低研制成本，延長衛星壽命等有益效果。
文檔編號F16M13/02GK103115233SQ201110366060
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者趙艷濤, 陳同輝, 王愛國 申請人:上海航天測控通信研究所