一种FAST馈源舱定位机构

本实用新型涉及天文设备，具体涉及一种对fast馈源舱进行定位的定位机构。

背景技术：

500米口径球面射电望远镜（five-hundred-meteraperturesphericalradiotelescope，fast）是全球最大的单口径射电天文望远镜，具有三项自主创新：利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；主动变形反射面；采用六索并联拖动的柔性轻型机构拖动馈源舱实现一次索驱动，馈源舱内的ab转轴机构、stewart并联机构实现对馈源位姿二次精调，实现对馈源的高精度定位。

fast反射面可实现瞬时300米口径反射面主动变形，由球面变形成抛物面，保证抛物面始终指向需要观测的天体，并将来自天体的射电波信号进行聚焦。同时，处于焦点位置的馈源接收机接收电波信号并进行处理，这个过程是连续的。

为接收无线电波，馈源接收机安装在馈源舱内，通过一套馈源支撑系统实现在140m的高空，207m范围内定位。反射面外边缘直径600米的圆周上均布着6座百余米高的馈源支撑塔，每座塔支撑有一条直径46mm的钢丝绳，每条钢丝绳由各塔底的驱动卷扬机驱动，经地面导向滑轮、塔中心索通道、塔顶导向滑轮机构与馈源舱可靠连接，6条钢丝绳进行并联运动，拖动馈源舱进行天文跟踪观测轨迹的初步定位。

馈源舱是承载馈源接收机，并对其位姿进行进一步精调控制的主体设备，主要包括星形框架、ab轴机构、stewart平台、多波束接收机转向装置、舱罩和其他附属设备/设施等。馈源舱总体尺度为直径13米、高6米，重约30吨。ab轴机构是绕正交的a、b两轴进行二维旋转的机构，主要包括：a轴及其驱动，b轴及其驱动，ab轴转环。stewart平台是六杆并联机构，包含上平台、下平台转接环、下平台、驱动腿、球铰和虎克铰等。其中上平台设置b轴接口，下平台需承载馈源接收机及附属机构。多波束接收机转向装置是stewart下平台上调整多波束接收机绕其法线方向转动一定角度的装置。

当fast反射面主动变形时，均匀分布在直径600米圆周的6座百米高塔支撑6根钢索，6根钢索组成一个索牵引并联机构为第一级控制机构，拖动30吨的fast馈源舱在150米高空200米范围内做天文跟踪运动，索驱动可达到的控制精度（中心控制点为a轴线和b轴线的交点）：空间位置误差≤rms48mm，空间姿态误差最大值≤1°；ab轴机构为第二级控制机构，补偿stewart上平台法线与星形框架中心轴线之间的夹角，当前设计的最大转角为±18°。stewart平台作为第三级控制机构，仅补偿第一级和第二级的残余控制误差和馈源舱振动，在跟踪观测时对馈源位姿精调控制。最终要求fast馈源实时空间位置误差≤rms10mm；实现对天体的高精度指向跟踪观测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够有效降低馈源舱整体重量、提升馈源定位控制角度的fast馈源舱定位机构；具体技术方案为：

一种fast馈源舱定位机构，包括星形框架和馈源平台，所述馈源平台包括下平台和下平台转接环，多波束馈源接收机固定在所述下平台上；所述下平台通过螺栓副固连在下平台转接环上；所述星形框架的内侧面上部设置有沿圆周分布的若干套柔索双驱动机构，所述柔索双驱动机构包括竖直安装在星形框架内侧的伺服滑台和绳索、卷扬机构、开式索节机构及下平台转接环上设置的回转支撑轴承和滑轮，卷扬机构的钢丝绳穿过所述滑轮，将馈源平台悬挂在星形框架上。

进一步，所述柔索双驱动机构分为6套。

进一步，所述6套柔索双驱动机构的卷扬机构沿上平台卷筒分布圆周向均布。

进一步，所述6套柔索双驱动机构的回转支撑轴承及滑轮机构构成的组件沿下平台分布圆周向分布，且分为3对布置，其中每一对滑轮机构相邻，3对滑轮机构沿下平台分布圆间隔120°周向均布。

进一步，所述柔索双驱动机构还包括竖直方向设置的伺服滑台，所述伺服滑台设置有能受控滑动的滑动工作台；所述钢丝绳动端缠绕在卷扬机的卷筒上，钢丝绳的静止端固定在所述伺服滑台的安装座板上，相对于星形框架静止，所述卷筒安装在所述滑动工作台上，钢丝绳的动端锚固在卷筒上；或钢丝绳的静止端锚固滑动工作台上，卷筒固定在伺服滑台安装座板上。

进一步，所述伺服滑台上设置有限制所述滑动工作台移动距离的限位件及零位开关。

进一步，所述卷扬机构设置有刹车机构。

进一步，所述卷扬机的卷筒一侧为大齿轮作为驱动盘，另一侧为所述刹车机构的制动盘。

本实用新型涉及一种fast馈源舱定位机构，是对馈源舱进行升级改造，该馈源舱定位机构由星形框架、6套柔索双驱动机构、下平台转接环、下平台、馈源接收机等组成。柔索双驱动机构由竖直安装的伺服滑台、卷扬机构、钢丝绳、回转支撑轴承与滑轮构成的组件和开式索节机构所组成，共12个驱动电机。6套伺服滑台上行程极限位置过6套卷筒中心所在平面设为上平台，与下平台连接的6套滑轮的中心所在平面设为下平台平面。该机构通过6根绳索的收放实现下平台的俯仰角度变化（通过轨迹规划实现馈源角度补偿，文中称为角度控制），该机构实现馈源舱对于射电信号指向跟踪；通过6套伺服滑台的滑动工作台直线运动实现平台的快速精调（二级控制下通过六套伺服滑台的滑动工作台直线运动实现下平台5个自由度的精调，文中称为精调控制）。

附图说明

图1为本实用新型提供的fast馈源舱定位机构的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的fast馈源舱定位机构的整体结构俯视图；

图3为本实用新型提供的柔索双驱动机构总成示意图；

图4为本实用新型提供的伺服滑台示意图；

图5为本实用新型提供的卷扬机构示意图；

图6为本实用新型提供的滑轮机构示意图；

图7为本实用新型提供的开式索节机构示意图；

图中：1、多波束馈源接收机；2、下平台转接环；3、下平台；4、星形框架舱索锚固头座；5、星形框架；6、柔索双驱动机构；7、上平台卷筒分布圆；8、下平台滑轮分布圆；9、伺服滑台安装座板；10、开式索节机构；11、伺服滑台；12、卷扬机构；13、钢丝绳；14、滑轮机构；15、回转支撑轴承；16、伺服滑台导轨座；17、滚珠丝杠机构；18、滑动工作台；19、直线滚动导轨；20、伺服电机；21、同步带；22、卷筒支座；23、小齿轮驱动机构；24、制动器；25、卷筒支座；26、卷筒轴；27、制动盘；28、卷筒；29、大齿轮；30、圆柱滚子轴承；31、滑轮座；32、滑轮轴向挡圈；33、小圆螺母；34、滑动轴承套；35、滑轮轴；36、滑轮；37、开式索节；38、销轴组件；39、十字联轴块；40、锚固座。

具体实施方式

下面利用实施例对本实用新型进行更全面的说明。本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1、图2所示，本实施例中的fast馈源舱定位机构，包括星形框架5、柔索双驱动机构6和馈源平台等，所述馈源平台包括下平台3和下平台转接环2，多波束馈源接收机1固定在所述下平台3上；所述星形框架5的内侧面上部设置有沿上平台卷筒分布圆均布的6套卷扬机构12，所述柔索双驱动机构6包括下平台转接环上设置的回转支撑轴承和滑轮机构所构成的组件，柔索双驱动机构的钢丝绳穿过所述滑轮机构的滑轮，固连在伺服滑台安装座板9上，安装座板9与星形框架5固定连接，将馈源平台悬挂在星形框架上。通过卷扬机构改变所示钢丝绳的长度，调整馈源平台的空间位置和角度。上平台卷筒分布圆的圆心在星形框架5中心轴上。卷扬机构12的数量不限于6个，还可以是3个、4个；应大于3个。采用多个钢丝绳13从多个方向牵引，调整多波束馈源接收机1的空间状态，包括空间位置和角度，完全可以满足对望远镜焦点的跟踪速度。使得多波束馈源接收机1俯仰角度调整范围可以达到±25°；远超fast现有馈源舱内ab轴转动角度±18°。星形框架5外缘设置有3个星形框架舱索锚固头座4用于通过柔索与支撑塔连接。

所述卷扬机构12分为6套。所述6套卷扬机构12沿所述上平台卷筒中心分布圆周向均布；且每套柔索双驱动机构6中的滑轮机构14和回转支撑轴承15构成的组件沿所述下平台滑轮中心分布圆分布，滑轮机构14通过螺栓固连在回转支撑轴承15内圈上，回转支撑轴承15外圈通过螺栓固连在下平台转接环2上，滑轮机构14可以绕回转支撑轴承15的中心线转动。滑轮机构14与回转支撑轴承15构成的组件分为3对布置，每对滑轮机构14和回转支撑轴承15构成的组件位置靠近，3对滑轮机构14和回转支撑轴承15沿下平台分布圆间隔120°均布。便于调整馈源平台的空间位置和角度。当然，也可以不均布，但是，应该能够调整馈源平台的空间位置和角度，不均布的方案控制算法会复杂些。

为了消除风或柔索晃动以及其他传动过程中引起的振动的影响，所述柔索双驱动机构6还包括了竖直方向设置的伺服滑台11，所述伺服滑台11设置有能受控滑动的滑动工作台18；所述钢丝绳动端缠绕在卷扬机的卷筒上，钢丝绳的静止端锚固伺服滑台安装座板9上，相对于星形框架静止。或者，将钢丝绳13的静止端锚固在滑动工作台18上，卷筒固定在伺服滑台安装座板9上。

所述伺服滑台11固定在伺服滑台安装座板9上，伺服滑台安装座板9与星形框架上下球节点焊接为一体，作为伺服滑台11的支撑。

如图3所示，柔索双驱动机构6由伺服滑台11、卷扬机构12、钢丝绳13、滑轮机构14、回转支撑轴承15及开式索节机构10构成。伺服滑台11通过螺栓固定连接在伺服滑台安装座板9上。卷扬机构12通过螺栓固定连接在伺服滑台的滑动工作台18上，随滑动工作台18上下做直线运动。滑轮机构14与回转支撑轴承15的内圈通过螺栓固定连接，回转支撑轴承15的外圈与下平台转接环2通过螺栓固连，滑轮机构14可以绕回转支撑轴承15的轴线转动。开式索节机构10的锚固座40通过螺栓固连于伺服滑台安装座板9上，位于伺服滑台的下极限位置。钢丝绳13一端与开式索节机构的索节热锚固，过滑轮机构14，缠绕在卷扬机构12的卷筒28上，在卷筒的左端将钢丝绳13锚固在卷筒28上，钢索绳13为下出绳结构布局，减少卷筒支座25的倾覆力矩。索双驱动机构6通过钢丝绳13、滑轮机构14、回转支撑轴承15与下平台转接环2连接，构成柔索并联机构。

如图4所示，伺服滑台11主要由伺服滑台导轨座16、滚珠丝杠机构17、滑动工作台18、2根直线滚动导轨19、伺服电机20及同步带21等构成。伺服电机20通过与其输出轴固定连接的主动同步带轮以及同步带21和与滚珠丝杠17固定连接的从动同步带轮将转动传递给滚珠丝杠17，滚珠丝杠17驱动固接在滚珠丝杠母上的滑动工作台18沿2根直线滚动导轨19做上下直线运动。滑动工作台18通过中间的零位开关分为上行程和下行程。上行程和下行程从长度可以一样，也可以稍有差别。伺服滑台11驱动滑动工作台18上的卷扬机构12沿直线滚动导轨19快速上下移动，动态响应快。

如图5所示，卷扬机构12包括卷筒支座22、卷筒支座25、大齿轮29、小齿轮驱动机构23、卷筒28、卷筒轴26及圆柱滚子轴承30。为了提高馈源平台操控的稳定性，所述卷扬机构设置有制动盘27、制动器24作为刹车机构；到达理想位置时，通过刹车机构固定钢丝绳的长度，提高系统的稳定性。制动盘27、大齿轮29与卷筒通过螺栓固接在一起，齿轮轴26与制动盘27、大齿轮29孔轴配合、通过平键止动，与卷筒部件固接在一起。卷筒支座22、卷筒支座25通过2套圆柱滚子轴承30支撑卷筒轴26的两端，卷筒轴26可绕自身轴线旋转。卷筒支座22、卷筒支座25的底面与滑动工作台18贴合，通过螺栓固连。小齿轮驱动机构23的座底面与滑动工作台18贴合，通过螺栓固连。小齿轮驱动机构23与大齿轮29啮合，驱动大齿轮29带动卷筒转动。制动器24的座底面与滑动工作台18贴合，通过螺栓与滑动工作台18固连。制动器24与制动盘27配对，制动器24的制动片夹紧制动盘27对卷筒起到制动作用；制动片松开，则释放制动盘27。图中大齿轮作为驱动盘，设置在左侧，也可以设置在右侧。所述卷扬机的卷筒一侧为齿轮作为驱动盘，另一侧为所述刹车机构的制动盘，结构更简单。

如图6所示，滑轮机构14由滑轮座31、2个滑轮轴向挡圈32、小圆螺母33、滑动轴承套34、滑轮轴35及滑轮36组成。滑轮座31底板与回转支撑轴承15的内圈端面配合，通过螺栓固接；转支撑轴承15的轴承座固定在下平台转接环2上。滑轮机构14可以绕回转支撑轴承15的轴线旋转，以适应柔索并联机构工作时，滑轮36随钢丝绳13转动。

如图7所示，开式索节机构10为一个虎克铰机构，十字联轴块39有2个相互垂直的孔，该2孔通过2套销轴组件38分别与锚固座40的孔、开式索节37的孔连接。钢丝绳13与开式索节37热锚固，该虎克铰机构可以使钢丝绳13适应钢丝绳13收放时的角度变化，减少弯折，以免钢丝绳13反复弯折损坏。

使用时，卷扬机构12在伺服电机20的驱动下移动至行程的中点零位附近，便于根据加速度传感器或激光干涉仪反馈的偏移信号对多波束馈源接收机1的空间状态进行快速精调，消除抖动，使多波束馈源接收机1稳定在目标位置。6套柔索双驱动机构6的小齿轮驱动机构23根据控制单元的指令，分别驱动卷筒28旋转缓慢收缩或放松缠绕在卷筒28上的钢丝绳13，相互配合，将多波束馈源接收机1的相位中心点调至反射面的焦点附近，且馈源中心线与反射面焦轴平行。6套柔索双驱动机构6滑台的伺服电机20，分别根据控制单元的指令，带动卷扬机构12沿直线滚动导轨19向上或向下快速移动，快速精调多波束馈源接收机1的相位中心位置在反射面角点附近及馈源中心线与反射面焦轴平行。

本实用新型涉及一种fast馈源舱定位机构，是对馈源舱进行升级改造，该fast馈源舱定位机构由星形框架、6套柔索双驱动机构、下平台转接环、下平台、馈源接收机等组成。柔索双驱动机构由竖直安装的伺服滑台、卷扬机构、钢丝绳、滑轮机构、回转支撑轴承和开式索节机构等组成，共12个驱动电机。6套伺服滑台上行程极限位置过6套卷筒中心所在平面设为上平台平面，与下平台连接的6套滑轮的中心所在平面设为下平台平面。该机构通过6根绳索的收放实现下平台的俯仰角度变化（通过轨迹规划实现馈源角度补偿，文中称为角度控制），通过6套伺服滑台的滑动工作台直线运动实现平台的精调（二级控制下通过六套伺服滑台的滑动工作台直线运动实现下平台5个自由度的精调，文中称为精调控制）；本申请的方案使馈源舱的总重减至26吨。

本实用新型用6套柔索双驱动机构，实现对下平台的并联驱动，代替现有馈源舱的ab转环机构和刚性并联机构，以解决现有馈源舱存在的控制角度小、馈源舱重量大等技术问题。

上述示例只是用于说明本实用新型，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本实用新型思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。