CN101179157A - 大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明属大型射电望远镜零部件范围，特别涉及能够减少了控制节点的数目，降低了控制难度的一种大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列。N个并联机构单元按正三角形分布固接在基座，组成大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列。并联机构单元中的主动伸缩驱动单元同时驱动三个相邻反射面单元，实现反射面单元之间的耦合。N个并联机构单元的正六边形反射面单元拟合成旋转抛物反射面。本发明的并联机构阵列可减少2/3驱动电机数目，降低了控制难度，每个反射面单元减少了一条约束支链，降低了工程成本。通过该并联机构阵列可拟合出旋转抛物反射面，满足大范围曲面拟合的要求。
Description
技术领域
本发明属大型射电望远镜主动反射面共驱动机构范围，特别涉及一种能够减少驱动电机数量，降低了控制难度和工程成本，满足大范围曲面拟合要求的大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列。
背景技术
大型射电望远镜是射电天文学的主要研究工具，用以接收宇宙天体发出的各种波段的无线电信号。在天文学乃至在地球环境问题、太阳物理以及军事等领域中，大型射电望远镜也发挥着不可替代的作用。随着天文学的需求和射电技术的逐渐成熟，世界各国竞相建造性能、结构、规模各不相同的射电望远镜。目前世界上最大口径的固定式单天线射电望远镜是美国的Arecibo。其安装在美国波多黎各的阿雷西博天文台，口径达到366米，接收厘米波段的射电信号。其观测结果有力地验证了爱因斯坦广义相对论关于引力辐射的结论，该项成就于1993获得诺贝尔奖。著名的阿波罗计划的月面选址也是由其完成的。世界上最大的可跟踪抛物面射电望远镜在德国波恩附近的埃费尔斯堡射电天文所里。其口径100米，也工作在厘米波段。1993年在日本京都召开了第24届国际无线电科联(URSI)会议，世界的天文学家和天线学家提出建造下一代的大射电望远镜，同时对其提出了如下的要求：低造价，大天空覆盖，宽带及偏振观测。包括中国在内的十国射电天文学家联合发起了构建新一代大射电望远镜的倡议，提出筹建接收面积达一平方公里的巨型射电望远镜。
在中科院知识创新工程的资助下，北京天文台及国际合作者正在推进在我国贵州省建造反射面口径为500米的大型射电望远镜FAST(Five-hundred-meter-aperture spherical telescope)，作为国际大射电望远镜阵列计划的先导项目。Science杂志先后两次报道FAST项目，足见其科学意义。中国也将作为东南亚地区主要观测点加入世界射电望远镜网计划。
FAST的设计口径为500米，曲率半径为300米，最高工作频率为5G赫兹，并具有60度的天顶扫描角，其综合性能上比目前世界上的现有的射电望远镜提高一个数量级。但是，制造大型射电望远镜的造价是极其昂贵的，美国的Arecibo望远镜花费了上亿的美元。因此，中国科学家在反射面结构方面进行了深入的研究，提出主动反射面策略。其中一种方法是用近1800个六边形球面反射单元拼接成为整个主动反射面，每块反射面通过驱动支撑机构固定在洼地内，通过控制支撑机构可以使每块球面反射面在球心的方向进行位置调整和一定的倾角调整，将馈源的照明部分实时拟合成为一个瞬时抛物面。此方案改正了球面反射面出现的球差问题，简化了馈源，克服了球面反射面造成的窄带效应，降低了FAST的制造成本。
要达到FAST的科学目标——观测5G赫兹电磁波，反射面单元的拟合误差均方根值应在4毫米以内，因此需要实现对每一块反射单元的有效控制。但是由于反射面单元的数量很大，控制节点的数量也就很大，给控制带来一定难度，这就需要通过驱动机构有效地降低控制节点数量。同时，如何简化驱动机构以降低制造成本也是必须考虑的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于大型射电望远镜主动反射面的新型共驱动并联机构阵列，其特征在于：所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列的N个并联机构单元(N：1200-2000)按正三角形分布固接在基座7，N个并联机构单元的正六边形反射面单元1拟合成旋转抛物反射面。
并联机构单元包括3条主动支链、一个正六边形反射面单元1，每个主动支链中的一个支撑杆3通过球铰2与反射面单元1连接。主动支链的另两个支撑杆3通过球铰2分别与相邻的两个反射面单元1连接。
主动支链由主动伸缩驱动单元6、支撑座5、3个转动副4、三根支撑杆3、三个球铰2构成，主动伸缩驱动单元6的下端与基座7固接，上端与支撑座5固接，三个支撑杆3分别通过三个转动副4与支撑座5连接。
主动伸缩驱动单元6通过支撑座5、转动副4、支撑杆3、球铰2同时驱动3个相邻反射面单元1，实现反射面单元1与周围反射面单元的耦合。
主动伸缩驱动单元6采用电动结构。主动伸缩驱动单元外壳8固定在基座7上，驱动电机12与外壳8固定连接。减速器13一端连接电机12，另一端连接丝杠11，将电机12驱动经减速后传递给丝杠11，螺母9与移动杆10固接，丝杠11带动螺母9和移动杆10产生上下移动，实现主动伸缩运动。
本发明的有益效果是1.本发明的每一个主动支链的主动伸缩驱动单元同时驱动相邻的三个反射面单元，使驱动单元的数目减少2/3，且阵列单元为并联闭链机构，具有较高的刚度；2.本发明使用转动副代替已有技术的球铰，为每一个反射单元减少了一条约束支链，降低了机构制造和安装的成本。实现了背景技术提出的有效的降低控制节点数，简化驱动机构以降低工程造价的要求。
附图说明
图1为大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列总体示意图。
图2为并联机构单元的示意图。
图3为主动伸缩驱动单元的结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列。如图1所示的大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列总体示意图，N个并联机构单元(N：1200-2000)按正三角形分布固接在基座7，构成大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列。N个并联机构单元的正六边形反射面单元1拟合成旋转抛物反射面。
在图2中，并联机构单元包括三条主动支链、一个正六边形反射面单元1，每个主动支链中的一个支撑杆3通过球铰2与反射面单元1连接。主动支链的另两个支撑杆3通过球铰2分别与相邻的两个反射面单元1连接。
主动支链由主动伸缩驱动单元6、支撑座5、三个转动副4、三根支撑杆3、三个球铰2构成，主动伸缩驱动单元6的下端与基座7固接，上端与支撑座5固接，三个支撑杆3分别通过三个转动副4与支撑座5连接。
主动伸缩驱动单元6通过支撑座5、转动副4、支撑杆3、球铰2同时驱动3个相邻反射面单元1，实现反射面单元1与周围反射面单元的耦合。
在图3中，主动伸缩驱动单元6的结构为电动结构。主动伸缩驱动单元外壳8固定在基座7上，驱动电机12与外壳8固定连接，减速器13一端连接电机12，另一端连接丝杠11，将电机12驱动经减速后传递给丝杠11，螺母9与移动杆10固接，丝杠11带动螺母9和移动杆10产生上下移动，实现主动伸缩运动。
本发明的工作原理是：由三条主动支链在基座7和反射单元1之间形成空间并联闭链机构。当三个主动伸缩驱动单元6进行伸缩运动时，通过三个支撑座5，三个转动副4，三根支撑杆3，三个球铰2同时驱动反射单元1，使反射单元产生沿z轴的竖直运动和绕x、y轴的转动，这样通过控制三个主动伸缩驱动单元6的运动量，就可以控制该反射单元1的拟合运动。当并联机构阵列进行拟合运动时，每个主动伸缩驱动单元通过支撑座连接的三个转动副，三根支撑杆，三个球铰同时驱动相邻的三个反射单元运动，这样任意反射面单元与周围反射面单元之间就通过球铰2，支撑杆3，转动副4，支撑座5耦合在一起，完成整个主动反射面的拟合运动。
Claims (6)
1.一种大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征在于：所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列的N个并联机构单元按正三角形分布固接在基座(7)，N个并联机构单元的正六边形反射面单元(1)拟合成旋转抛物反射面。
2.根据权利要求1所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征还在于：并联机构单元包括3条主动支链、一个正六边形反射面单元(1)，每个主动支链的其中一个支撑杆(3)通过球铰(2)与反射面单元(1)连接。主动支链的另两个支撑杆(3)通过球铰(2)分别与相邻的两个反射面单元(1)连接。
3.根据权利要求2所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征还在于：主动支链由主动伸缩驱动单元(6)、支撑座(5)、三个转动副(4)、三根支撑杆(3)、三个球铰(2)构成，主动伸缩驱动单元(6)的下端与基座(7)固接，上端与支撑座(5)固接，三个支撑杆(3)分别通过三个转动副(4)与支撑座(5)连接。
4.根据权利要求1所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征还在于：所述N为1200-2000。
5.根据权利要求3所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征还在于：主动伸缩驱动单元(6)通过支撑座(5)、转动副(4)、支撑杆(3)、球铰(2)同时驱动三个相邻反射面单元(1)，实现反射面单元(1)与周围反射面单元的耦合。
6.根据权利要求3所述大型射电望远镜主动反射面共驱动并联机构阵列，其特征还在于：主动伸缩驱动单元(6)的外壳(8)固定在基座(7)上，驱动电机(12)与外壳(8)固定连接，减速器(13)一端连接电机(12)，另一端连接丝杠(11)，将电机(12)驱动经减速后传递给丝杠(11)，螺母(9)与移动杆(10)固接，丝杠(11)带动螺母(9)和移动杆(10)产生上下移动，实现主动伸缩运动。
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