一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷

本发明属于航天器设计与，具体为一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷。

背景技术：

1、传统的光学遥感卫星和太空望远镜等航天器出于图像分辨率的要求，其光学载荷中的大型镜筒结构虽然保证光学系统固定精度和大焦距要求，但严重增加了卫星的质量和尺寸包络。而近年来，随着光学仪器技术不断进步和航天产业发展，利用质量、尺寸有限的微小卫星实现大型光学载荷的功能成为研究热点。

2、盘绕式伸展臂是一种一维线性展开机构，利用纵梁盘压收拢时储存的应变能实现伸展，具有质量小、跨度大，具有大柔性、高压缩比的特点，可广泛应用于空间平台、深空探测装置及各种科学试验卫星上。盘绕式伸展臂可作为盘绕伸展式光学载荷的镜筒结构部分，盘绕式伸展臂展开后可为光学载荷提供大焦距需求，同时大大减少其质量和发射包络尺寸。但盘绕式伸展臂由于柔性较大，展开后的盘绕伸展式光学载荷的光路会产生不可忽视的偏移，对成像产生严重影响。因此，需要提出一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，解决光学载荷在质量、体积和精度之间的矛盾问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为弥补上述现有缺陷，本发明提供了一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，通过光路偏移补偿机构与双目相机构成光路偏移补偿系统，弥补盘绕伸展式光学载荷中图像传感器相对于镜头光路的偏移，提高盘绕伸展式光学载荷的成像精度。

2、本发明提供如下的技术方案：本发明提出的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，包括展开机构，所述展开机构包括空间盘绕式伸展臂、伸展臂底座和伸展臂顶板，还包括光路偏移补偿系统和载荷本体，所述光路偏移补偿系统包括光路偏移补偿机构和双目相机，所述空间盘绕式伸展臂和光路偏移补偿机构均通过伸展臂底座固定于卫星本体上，所述盘绕伸展式光学载荷包括光学传感器和镜头，所述光学传感器固定安装于光路偏移补偿机构上，所述双目相机和镜头均通过伸展臂顶板固定于空间盘绕式伸展臂顶部。

3、进一步地，本发明所述的空间盘绕式伸展臂包括铰接式三角形横架、三根通长纵杆、对角加劲索和铰接头，所述纵杆长度与空间盘绕式伸展臂展开状态相同，所述纵杆材料为钛镍形状记忆合金；所述铰接式三角形横架垂直于纵杆平面，所述铰接式三角形横架与纵杆在三个角点处通过铰接头相连接；所述对角加劲索为相邻铰接式三角形横架间斜拉的钢丝；所述空间盘绕式伸展臂有收拢与展开两种状态。

4、进一步地，本发明所述的光路偏移补偿机构为xy-3-rps机构，所述光路偏移补偿机构包括xy平面滑台和3-rps并联机构，所述xy平面滑台由两个伺服滑台构成，所述xy平面滑台安装于伸展臂底座上，所述3-rps并联机构安装于xy平面滑台上，所述光学传感器安装于3-rps并联机构上。

5、进一步地，一组所述伺服滑台的静平台固定安装于另一组所述伺服滑台的动平台上，位于下方的一组所述伺服滑台的静平台固定安装于伸展臂底座上，所述伺服滑台包括静平台、动平台、交叉滚子导轨和微型伺服电缸，所述交叉滚子导轨和微型伺服电缸安装在静平台和动平台之间，所述微型伺服电缸通过齿轮减速器和丝杆滑台实现直线作动，所述微型伺服电缸内部集成有编码器和力传感器，所述微型伺服电缸的端部与动平台固连，所述微型伺服电缸的根部与静平台铰接。

6、进一步地，本发明所述的光路偏移补偿机构包括3-rps并联机构、伺服滑台、电动旋转平台和转接板，所述电动旋转平台安装于伸展臂底座上，所述转接板设于电动旋转平台上，所述伺服滑台设于转接板上，所述3-rps并联机构设于伺服滑台上，所述光学传感器安装于3-rps并联机构上。

7、进一步地，本发明所述的电动旋转平台选用tbr200型电动旋转平台，所述电动旋转平台采用蜗轮蜗杆传动方式，定位精度小于0.05°，所述电动旋转平台和伺服滑台之间通过转接板螺钉连接。

8、进一步地，本发明所述的伺服滑台包括静平台、动平台、交叉滚子导轨和微型伺服电缸，所述静平台通过转接板与电动旋转平台相连，所述交叉滚子导轨和微型伺服电缸安装在静平台和动平台之间，所述微型伺服电缸通过齿轮减速器和丝杆滑台实现直线作动，所述微型伺服电缸内部集成有编码器和力传感器，所述微型伺服电缸的端部与动平台固连，所述微型伺服电缸的根部与静平台铰接。

9、进一步地，本发明所述的所述3-rps并联机构包括定位台、载物台、铰链支座和运动支链，所述定位台通过螺钉固定安装于动平台上，所述运动支链设有三组，三组所述运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链，三组所述运动支链均匀分布设于定位台和载物台之间，所述定位台的上表面安装有三个正三角形分布铰链支座，每个所述铰链支座的转动方向垂直于铰链支座到定位台中心的连线，所述载物台上预留有机械接口，所述机械接口用于安装光学传感器，所述载物台下面安装有三个正三角形分布铰链支座，每个所述铰链支座的转动方向垂直于铰链支座到载物台平台中心的连线，所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链的两端分别安装在定位台和载物台的铰链支座上，上述三组所述运动支链的结构完全相同，所述运动支链包括铰链接头、伺服直线作动器和关节轴承接头，所述铰链接头与定位台铰链支座通过铰链销连接，所述伺服直线作动器一端与所述铰链接头固连；所述关节轴承接头与载物台铰链支座通过铰链销连接，所述伺服直线作动器另一端与所述关节轴承接头固连。

10、采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提出的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，具体具有下述优点：

11、（1）本发明的具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，以空间盘绕式伸展臂为展开机构，满足了光学载荷对大焦距的需求，同时大大减少其质量和发射包络尺寸；

12、（2）本发明含有的五自由度调节能力的光路偏移补偿机构，承载能力较大，结构简单，适合应用于光学载荷的精密控制。

技术特征：

1.一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，包括展开机构，所述展开机构包括空间盘绕式伸展臂、伸展臂底座和伸展臂顶板，其特征在于：还包括光路偏移补偿系统和载荷本体，所述光路偏移补偿系统包括光路偏移补偿机构和双目相机，所述空间盘绕式伸展臂和光路偏移补偿机构均通过伸展臂底座固定于卫星本体上，所述盘绕伸展式光学载荷包括光学传感器和镜头，所述光学传感器固定安装于光路偏移补偿机构上，所述双目相机和镜头均通过伸展臂顶板固定于空间盘绕式伸展臂顶部。

2.根据权利要求1所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述空间盘绕式伸展臂包括铰接式三角形横架、三根通长纵杆、对角加劲索和铰接头，所述纵杆长度与空间盘绕式伸展臂展开状态相同，所述纵杆材料为钛镍形状记忆合金；所述铰接式三角形横架垂直于纵杆平面，所述铰接式三角形横架与纵杆在三个角点处通过铰接头相连接；所述对角加劲索为相邻铰接式三角形横架间斜拉的钢丝；所述空间盘绕式伸展臂有收拢与展开两种状态。

3.根据权利要求2所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述光路偏移补偿机构为xy-3-rps机构，所述光路偏移补偿机构包括xy平面滑台和3-rps并联机构，所述xy平面滑台由两个伺服滑台构成，所述xy平面滑台安装于伸展臂底座上，所述3-rps并联机构安装于xy平面滑台上，所述光学传感器安装于3-rps并联机构上。

4.根据权利要求3所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：一组所述伺服滑台的静平台固定安装于另一组所述伺服滑台的动平台上，位于下方的一组所述伺服滑台的静平台固定安装于伸展臂底座上，所述伺服滑台包括静平台、动平台、交叉滚子导轨和微型伺服电缸，所述交叉滚子导轨和微型伺服电缸安装在静平台和动平台之间，所述微型伺服电缸通过齿轮减速器和丝杆滑台实现直线作动，所述微型伺服电缸内部集成有编码器和力传感器，所述微型伺服电缸的端部与动平台固连，所述微型伺服电缸的根部与静平台铰接。

5.根据权利要求2所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述光路偏移补偿机构包括3-rps并联机构、伺服滑台、电动旋转平台和转接板，所述电动旋转平台安装于伸展臂底座上，所述转接板设于电动旋转平台上，所述伺服滑台设于转接板上，所述3-rps并联机构设于伺服滑台上，所述光学传感器安装于3-rps并联机构上。

6.根据权利要求5所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述电动旋转平台选用tbr200型电动旋转平台，所述电动旋转平台采用蜗轮蜗杆传动方式，定位精度小于0.05°，所述电动旋转平台和伺服滑台之间通过转接板螺钉连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述伺服滑台包括静平台、动平台、交叉滚子导轨和微型伺服电缸，所述静平台通过转接板与电动旋转平台相连，所述交叉滚子导轨和微型伺服电缸安装在静平台和动平台之间，所述微型伺服电缸通过齿轮减速器和丝杆滑台实现直线作动，所述微型伺服电缸内部集成有编码器和力传感器，所述微型伺服电缸的端部与动平台固连，所述微型伺服电缸的根部与静平台铰接。

8.根据权利要求4或7所述的一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，其特征在于：所述3-rps并联机构包括定位台、载物台、铰链支座和运动支链，所述定位台通过螺钉固定安装于动平台上，所述运动支链设有三组，三组所述运动支链分别为第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链，三组所述运动支链均匀分布设于定位台和载物台之间，所述定位台的上表面安装有三个正三角形分布铰链支座，每个所述铰链支座的转动方向垂直于铰链支座到定位台中心的连线，所述载物台上预留有机械接口，所述机械接口用于安装光学传感器，所述载物台下面安装有三个正三角形分布铰链支座，每个所述铰链支座的转动方向垂直于铰链支座到载物台平台中心的连线，所述第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链的两端分别安装在定位台和载物台的铰链支座上，上述三组所述运动支链的结构完全相同，所述运动支链包括铰链接头、伺服直线作动器和关节轴承接头，所述铰链接头与定位台铰链支座通过铰链销连接，所述伺服直线作动器一端与所述铰链接头固连；所述关节轴承接头与载物台铰链支座通过铰链销连接，所述伺服直线作动器另一端与所述关节轴承接头固连。

技术总结
本发明公开了一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，包括展开机构，还包括光路偏移补偿系统和载荷本体，展开机构包括空间盘绕式伸展臂、伸展臂底座和伸展臂顶板，光路偏移补偿系统包括光路偏移补偿机构和双目相机，空间盘绕式伸展臂和光路偏移补偿机构均通过伸展臂底座固定于卫星本体上，光学载荷包括光学传感器和镜头，光学传感器固定安装于光路偏移补偿机构上，双目相机和镜头均通过伸展臂顶板固定于空间盘绕式伸展臂顶部。本发明属于航天器设计与技术领域，具体提供了一种具有光路偏移补偿机构的盘绕伸展式光学载荷，通过光路偏移补偿机构与双目相机构成光路偏移补偿系统，弥补盘绕伸展式光学载荷中图像传感器相对于镜头光路的偏移。

技术研发人员：孙亮,张桐,黄海,赵国伟,赵旭瑞,赵泽林,刘宇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15