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申请/专利权人：中国电子科技集团公司第五十四研究所

摘要：本发明公开了一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置，它涉及通信、测控以及射电天文等领域中双反射面天线的副面位姿调整技术。旨在提供一种具有六自由度、高刚度和高可靠性的副面调整装置。它包括动平台、动平台、主调整杆、辅助调整杆、动平台球节点和定平台球节点等。动平台和定平台为平面桁架结构，通过主调整杆和辅助调整杆实现对动平台的位姿调整。多杆调整装置整体结构由多个三角形单元组成，具有稳定的力学特性，承载能力强。本发明不仅能够实现副面的六自由度位姿调整，而且能够提高副面系统的整体刚度，减小整体重量，同时能够提升安装调整效率和降低制造成本。

主权项：1.一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置，其特征在于，包括动平台平面桁架结构、定平台平面桁架结构、N根主调整杆和2N根辅助调整杆，N≥4；所述定平台平面桁架结构为由N根定平台杆首尾相连而形成的N边形结构，相邻的两根定平台杆之间通过一个定平台球节点连接；所述动平台平面桁架结构为由2N根动平台杆首尾相连而形成的2N边形结构，相邻的两根动平台杆之间通过一个动平台球节点连接；2N个动平台球节点中两两不相邻的N个动平台球节点与所述N个定平台球节点一一对应，相互对应的一个动平台球节点和一个定平台球节点之间通过一根主调整杆连接，每个定平台球节点还通过两根辅助调整杆与该定平台球节点所对应动平台球节点的两个邻位动平台球节点一一连接；所述主调整杆和辅助调整杆的两端均具有球铰链，杆中部均具有螺纹调长结构；所述动平台平面桁架结构的所在平面与定平台平面桁架结构的所在平面之间的夹角为0°～30°；所述球铰链为球轴承，所述动平台球节点和定平台球节点均通过螺纹孔与各相应杆螺纹连接。

全文数据：一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置技术领域本发明涉及双偏置反射面天线技术领域，特别是指一种多杆六自由度副面调整装置，可用作双反射面天线的副面位姿调整装置。背景技术反射面天线具有高增益、低旁瓣等特点，广泛应用于通信、测控以及射电天文等领域中。双反射面天线与单反射面天线相比，具有可设计性强、纵向尺寸短和接收设备空间大等优点，因此比单反射面天线的地位更加重要。双反射面天线由主面、副面和馈源三部分组成，其中副面用于反射来自主面或馈源的电磁波，其性能直接影响了天线系统的整体指标。对于大中型口径双反射面天线而言，为了消除制造、安装和测量等误差，需要对副面进行位置和姿态的多维调整，使其与主面和馈源能够实现良好的匹配。传统的副面调整方法中，将四个双头螺柱布置在副面背部，通过调整螺柱的旋合长度来实现副面的移动。这种方法存在以下问题：①调节维度少，只能满足某个方向的调整，无法实现全空间六自由度的需求；②调整过程易造成不同维度的相互影响，如当调节某一维度时，会影响到其它已调节好的维度，产生位置不收敛的问题；③只适合于小口径低频段等位置度要求不高的场合。公告号为CN202275925U的中国专利《大型天线副面调整机构》中公开了一种带有中间支架和调整丝杆的副面调整机构；公开号为CN105281036A的中国专利《副面姿态空间六维调节机构》中公开了一种采用多层板和调整螺栓的组合方式实现了副面的多维调节；公告号为CN206250370U的中国专利《天线副反射面调整装置》中公开了一种采用多层支架和调节螺柱的方式实现了副反射面的调整。上述几个专利虽然能够弥补一些传统的采用螺柱调整副面方法的缺陷，但存在以下不足：（1）调整机构重量重。上述的几种副面调整方法均采用了串联型结构形式，即有多少个自由度就需要多少层运动副进行机械累加，产生了体积大和重量重的缺点。（2）调整精度低。采用串联调整机构，容易产生不同维度的相互干扰，特别是对于转角的调整，副面的不同轴向的旋转中心难以控制，造成调整精度不高，调整效率较低。（3）可靠性低。对于串联机构，每个层级对应着一个自由度，当某层机构发生故障时，会导致整个调整系统失效，因此上述方法可靠性较低。近些年，随着计算能力的提高，并联机构已应用到多个反射面天线的副面调整中去。公告号为CN202712431U的中国专利《一种含有固定调整机构的天线副反射面系统》中公开了一种采用经典的Stewart并联机构调整副反射面的装置；公开号为CN105226370A的中国专利《66-UPU型并联机构天线结构系统》中公开了一种采用六杆并联机构作为天线座架，实现了过顶跟踪功能；公开号为CN106450653A的中国专利《一种并联式六自由度冗余驱动天线结构系统》中公开了一种通过六杆并联机构和圆锥体相组合，实现了天线的负角度仰角。上述三个专利能够实现对天线或副面的六自由度调整，但对于如双偏置反射面天线的副面调整的应用，仍存在以下不足：（1）局部刚度低。传统并联机构一般由六个驱动杆、动平台和定平台组成，动平台通过三个支撑点与驱动杆相连接。当副面口径较大时，做为副面安装基础的动平台，可能会因为支撑点过少引起连接位置刚度低，从而降低副面的表面精度。（2）可设计性差。传统并联机构为了满足求解空间的需求，不能任意配置各杆件的位置分布，特别地，对于双偏置天线，当需要定平台位于副面口径外部时，会给结构设计带来很大困难。（3）没有冗余设计。六杆并联机构采用六套驱动系统，当其中有一个驱动或杆件产生故障时，会导致系统无法正常工作，甚至会对设备安全产生影响。发明的内容有鉴于此，本发明提供一种多杆六自由度副面调整装置，能够实现副面的六自由度位姿调整，减少对主副面间的电磁波传播的阻碍，并能够提高副面系统的整体刚度，减小整体重量，提升安装调整效率和降低制造成本，具有重量轻、刚度大、可靠性高以及可设计性强的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置，其包括动平台平面桁架结构、定平台平面桁架结构、N根主调整杆和2N根辅助调整杆，N≥4；所述定平台平面桁架结构为由N根定平台杆首尾相连而形成的N边形结构，相邻的两根定平台杆之间通过一个定平台球节点连接；所述动平台平面桁架结构为由2N根动平台杆首尾相连而形成的2N边形结构，相邻的两根动平台杆之间通过一个动平台球节点连接；2N个动平台球节点中两两不相邻的N个动平台球节点与所述N个定平台球节点一一对应，相互对应的一个动平台球节点和一个定平台球节点之间通过一根主调整杆连接，每个定平台球节点还通过两根辅助调整杆与该定平台球节点所对应动平台球节点的两个邻位动平台球节点一一连接；所述主调整杆和辅助调整杆的两端均具有球铰链，杆中部均具有螺纹调长结构；所述动平台平面桁架结构的所在平面与定平台平面桁架结构的所在平面之间的夹角为0°～30°。具体的，所述动平台杆和定平台杆均为钢制圆管或铝合金圆管，直径为30～120mm，长度为500～4000mm。具体的，所述球铰链为球轴承。具体的，所述动平台球节点和定平台球节点均通过螺纹孔与各相应杆螺纹连接。本发明与背景技术相比具有如下有益效果：（1）本发明的调整方法采用了多杆并联形式，实现了六个自由度的连续可调，而且各个调整维度之间相互独立、互不影响，因此调整精度和调整效率高。（2）本发明的整体结构形式由多个三角形单元组成，具有稳定的力学性能，能够有效抵抗天线在俯仰运动中的重量变形，提升了天线系统的动态性能，具有刚度大、重量轻的优点。（3）本发明所采用的并联结构为冗余设计，调整杆件多于传统的六杆结构，当个别杆件发生故障或失效时，调整装置仍可正常工作且为稳定结构，不会对天线系统产生影响，因此具有可靠性高的特点。（4）本发明中的动平台和定平台为桁架结构形式，可根据不同结构尺度的副面进行设计调整，具有形式灵活、可设计性强的优势。（5）本发明调整装置中的各连接节点，均采用螺栓球节点经数控加工成型，经组装后的整体结构位置精度高、互换性好，特别适用于大批量生产制造。（6）本发明中组成调整装置的所有杆件均采用螺栓球结构相互连接，分解后的可运输单元均适合于公路运输和标准集装箱。（7）本发明安装于天线副面与主面之间，一般来说可以直接安装在副面支撑结构上，该调整装置的中央为毫无阻隔的贯通区域，可以减少对对主副面间的电磁波传播的阻碍，提高天线的整体效能。总之，本发明构思巧妙，思路清晰，易于实现，既解决了传统的串联机构调整效果差、重量重的问题，又提高了并联机构的可靠性和设计灵活性，是对现有技术的一种重要改进。附图说明图1是本发明实施例中副面调整装置的总体结构示意图；图2是图1中定平台杆的结构示意图；图3是图1中动平台杆的结构示意图；图4是图1中节点处的连接结构示意图；图5是图1中主调整杆的结构示意图；图6是图1中球节点的结构示意图。图中各标号的含义如下：动平台所在平面A，定平台所在平面B，平面A与平面B之间的夹角α，动平台1，动平台杆1-1，动平台杆1-2，动平台杆1-3，动平台杆1-4，动平台杆1-5，动平台杆1-6，动平台杆1-7，动平台杆1-8，动平台杆1-9，动平台杆1-10，定平台2，定平台杆2-1，定平台杆2-2，定平台杆2-3，定平台杆2-4，定平台杆2-5，主调整杆3，辅助调整杆4，动平台球节点5，定平台球节点6。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置，其包括动平台平面桁架结构、定平台平面桁架结构、N根主调整杆和2N根辅助调整杆，N≥4；所述定平台平面桁架结构为由N根定平台杆首尾相连而形成的N边形结构，相邻的两根定平台杆之间通过一个定平台球节点连接；所述动平台平面桁架结构为由2N根动平台杆首尾相连而形成的2N边形结构，相邻的两根动平台杆之间通过一个动平台球节点连接；2N个动平台球节点中两两不相邻的N个动平台球节点与所述N个定平台球节点一一对应，相互对应的一个动平台球节点和一个定平台球节点之间通过一根主调整杆连接，每个定平台球节点还通过两根辅助调整杆与该定平台球节点所对应动平台球节点的两个邻位动平台球节点一一连接；所述主调整杆和辅助调整杆的两端均具有球铰链，杆中部均具有螺纹调长结构；所述动平台平面桁架结构的所在平面与定平台平面桁架结构的所在平面之间的夹角为0°～30°。具体的，所述动平台杆和定平台杆均为钢制圆管或铝合金圆管，直径为30～120mm，长度为500～4000mm。具体的，所述球铰链为球轴承。具体的，所述动平台球节点和定平台球节点均通过螺纹孔与各相应杆螺纹连接。下面以双反射面天线中口径为5米的副面调整装置为例对本发明副面调整装置进行更进一步的说明。如图1所示，该调整装置包括：动平台1、定平台2、主调整杆3、辅助调整杆4、动平台球节点5和定平台球节点6。调整装置位于副面口径方向且不对副面产生遮挡；动平台1与副面背架相连接，定平台2位于副面口径外部。动平台1所在平面A与定平台2所在平面B之间的夹角α为0°～30°。特别地，本例中平面A与平面B之间的夹角α为15°。定平台2为平面桁架结构，外形呈左右对称的N边形，其中，N为自然数，且N≥4，由N个定平台杆2-1～2-N组成，定平台杆2-1～2-N两两之间通过定平台球节点6相连接。本例中定平台2的外形为五边形，由定平台杆2-1、定平台杆2-2、定平台杆2-3、定平台杆2-4和定平台杆2-5组成。动平台1为平面桁架结构，外形呈左右对称的2N边形，由2N个动平台杆1-1～1-2N组成，且两两之间通过动平台球节点5相连接。本例中动平台1外形为十边形，由动平台杆1-1、动平台杆1-2、动平台杆1-3、动平台杆1-4、动平台杆1-5、动平台杆1-6、动平台杆1-7、动平台杆1-8、动平台杆1-9和动平台杆1-10组成。N个定平台球节点6中至少有一个节点与动平台球节点5相对应。本例中定平台球节点6的五个节点均与动平台球节点5相对应。主调整杆3由N个杆件组成，两端分别与动平台球节点5和定平台球节点6相连接，数量为N个。本例中主调整杆3的数量为5个。辅助调整杆4两端分别与动平台球节点5和定平台球节点6相连接，数量为2N个。本例中辅助调整杆4的数量为10个。主调整杆3和辅助调整杆4两端均包含球铰链，中间为可调整长度的螺纹结构。动平台杆1-1～1-2N、定平台杆2-1～2-N、主调整杆3和辅助调整杆4组成多个三角形空区的网面结构。本例中的调整装置是由15个三角形空区组成的网面结构。动平台杆1-1～1-10和定平台杆2-1～2-5为钢制圆管或铝合金圆管，直径为30～120mm，长度为500～4000mm。本例中动平台杆1-1～1-10和定平台杆2-1～2-5采用钢制圆管，直径为40～100mm，长度为500～3300mm。如图2、图3所示，动平台杆1-1～1-10和定平台杆2-1～2-5均包括圆管、锥头、高强度螺栓和螺母。如图4所示，动平台杆1-1～1-10和定平台杆2-1～2-5与对应的动平台球节点5或定平台球节点6的连接形式均采用螺栓球结构。主调整杆3和辅助调整杆4的两端球铰链为球轴承。如图5所示，主调整杆3和辅助调整杆4的中间螺纹结构为左、右旋向组合使用的可调整长度形式。如图6所示，动平台球节点5和定平台球节点6均为球冠形中空结构，在半球面上分布有相应螺纹孔，采用数控机床加工成型。使用时，将本调整装置安装于天线副面与主面之间，一般来说可以直接安装在副面支撑结构上，即，定平台部分与副面支撑结构固定，天线副面安装于动平台处。这样，通过调整定平台与动平台之间的杆体，即可实现对副面的调整。总之，本发明构思巧妙，思路清晰，易于实现，既解决了传统的串联机构调整效果差、重量重的问题，又提高了并联机构的可靠性和设计灵活性，是对现有技术的一种重要改进。以上所述，仅是本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构改变，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

权利要求：1.一种动定平台为平面桁架的多杆六自由度副面调整装置，其特征在于，包括动平台平面桁架结构、定平台平面桁架结构、N根主调整杆和2N根辅助调整杆，N≥4；所述定平台平面桁架结构为由N根定平台杆首尾相连而形成的N边形结构，相邻的两根定平台杆之间通过一个定平台球节点连接；所述动平台平面桁架结构为由2N根动平台杆首尾相连而形成的2N边形结构，相邻的两根动平台杆之间通过一个动平台球节点连接；2N个动平台球节点中两两不相邻的N个动平台球节点与所述N个定平台球节点一一对应，相互对应的一个动平台球节点和一个定平台球节点之间通过一根主调整杆连接，每个定平台球节点还通过两根辅助调整杆与该定平台球节点所对应动平台球节点的两个邻位动平台球节点一一连接；所述主调整杆和辅助调整杆的两端均具有球铰链，杆中部均具有螺纹调长结构；所述动平台平面桁架结构的所在平面与定平台平面桁架结构的所在平面之间的夹角为0°～30°。2.根据权利要求1所述的多杆六自由度副面调整装置，其特征在于，所述动平台杆和定平台杆均为钢制圆管或铝合金圆管，直径为30～120mm，长度为500～4000mm。3.根据权利要求1所述的多杆六自由度副面调整装置，其特征在于，所述球铰链为球轴承。4.根据权利要求1所述的多杆六自由度副面调整装置，其特征在于，所述动平台球节点和定平台球节点均通过螺纹孔与各相应杆螺纹连接。

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