Шарнирно-сочлененный механизм и шарнирно-сочлененная система ориентации, содержащая этот механизм
Изобретение относится к антенной технике, в частности к системам ориентации антенн на основе шарнирно-сочлененных механизмов. Техническим результатом является повышение точности позиционирования антенны. Технический результат достигается тем, что шарнирно-сочлененный механизм содержит первое, второе и третье шаровое соединение, первый, второй и третий рычаги, при этом первое и второе шаровое соединение соединяются посредством первого рычага, при этом первый рычаг содержит первую выступающую часть; первое и третье шаровое соединение соединяются посредством второго рычага, при этом второй рычаг содержит вторую выступающую часть, выступающую в противоположном направлении по отношению к направлению, в котором выступает первая выступающая часть; а второе и третье шаровое соединение соединяются посредством третьего рычага, таким образом, что продольная ось Y первого рычага и продольная ось X второго рычага являются перпендикулярными. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области шарнирно-сочлененных механизмов и систем ориентации, а более конкретно, относится к системам ориентации антенны.
Уровень техники
В аэрокосмической отрасли является обычным встраивать отражательные антенны в телекоммуникационные спутники. Также обычным является использование механизмов для ориентации таких отражательных антенн.
JP H04266203 A ссылается на "Крепление для антенной системы". Опорное основание для поддержания антенного устройства для приема спутникового вещания содержит первое основание и второе основание. Средство обнаружения позиции в горизонтальном направлении предусматривается для первого основания, и первое основание поддерживается валом, протягивающимся от шарикоподшипника, предусмотренного для второго основания. Первое и второе кулачковые средства, и средство управления используются, чтобы приводить в действие первый и/или второй моторы в ответ на обнаружение выходного сигнала от средства обнаружения позиции, чтобы удерживать первое основание горизонтальным. В этой системе центральная точка поворота является шаровым сочленением, а исполнительные механизмы (актуаторы) находятся на пути основной нагрузки.
WO 2011/104038 A1 ссылается на "зубчатый механизм". В первом варианте осуществления зубчатый механизм принимает форму множественного соединения, в котором соединительные элементы являются регулируемыми относительно других поступательным образом и относительно их угла. Во втором варианте осуществления предоставляется зубчатый механизм упрощенной формы, формы, в которой соединительные элементы являются просто регулируемыми относительно их угловой позиции, т.е., зубчатый механизм для передачи перемещения между двумя относительно эксцентрично установленными соединительными элементами с несущим элементом, который размещается между соединительными элементами, и с проставочным элементом фиксированных габаритов, который может быть расположен между соединительными элементами на расстоянии от несущего элемента таким управляемым образом, что соединительные элементы принимают желаемую угловую позицию относительно друг друга, в то же время поддерживаясь на проставочном элементе и несущем элементе. Множество зубчатых механизмов согласно этому изобретению могут быть соединены вместе, чтобы формировать гибкое соединение или руку-манипулятор. Эта система не имеет центрального шарового или карданного сочленения, а исполнительные механизмы (актуаторы) находятся на пути основной нагрузки.
EP 2608313 A1 ссылается на "Систему ориентации антенны" для выборочного перемещения полезной нагрузки относительно монтажной поверхности и включает в себя, по меньшей мере, один поворотный исполнительный механизм (актуатор), имеющий движущуюся часть, подвижную относительно неподвижной части, установленной на поверхности. Соединительный стержень подвижным образом соединяет движущуюся часть с полезной нагрузкой. Гибкая монтажная конструкция подвижным образом присоединяет полезную нагрузку к монтажной поверхности. Эта система имеет традиционное карданное соединение, но не центральное карданное сочленение, а исполнительные механизмы (актуаторы) находятся на пути основной нагрузки.
Хотя было разработано множество шарнирно-сочлененных систем ориентации, все еще существует необходимость улучшать точность в получении позиции и в определении осей вращения.
Сущность изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения является предоставление шарнирно-сочлененного механизма и шарнирно-сочлененной системы ориентации, которые устраняют упомянутые недостатки.
Изобретение предоставляет шарнирно-сочлененный механизм, который содержит первое шаровое соединение, второе шаровое соединение, третье шаровое соединение, первый рычаг, второй рычаг и третий рычаг, при этом первое шаровое соединение и второе шаровое соединение соединяются (связываются) посредством первого рычага, первый рычаг содержит первую выступающую часть (первый выступающий фрагмент); первое шаровое соединение и третье шаровое соединение соединяются (связываются) посредством второго рычага, второй рычаг содержит вторую выступающую часть (второй выступающий фрагмент), выступающую в противоположном направлении по отношению к направлению, в котором выступает первая выступающая часть (первый выступающий фрагмент); и второе шаровое соединение и третье шаровое соединение соединяются (связываются) посредством третьего рычага, так что продольная ось Y первого рычага и продольная ось X второго рычага являются перпендикулярными.
Изобретение также относится к шарнирно-сочлененной системе ориентации, содержащей платформу основания и мобильную платформу, которая является подвижной относительно платформы основания; две шарнирно-сочлененных средства, которые соединяют платформу основания и мобильную платформу, перемещение шарнирных средств выполняется посредством исполнительных механизмов (актуаторов); и шарнирно-сочлененный механизм изобретения, в котором первый рычаг присоединяется к мобильной платформе посредством первой выступающей части (первого выступающего фрагмента), а второй рычаг присоединяется к платформе основания посредством второй выступающей части (второго выступающего фрагмента).
Посредством конфигурации шарнирно-сочлененного механизма оси вращения определяются двумя точками (центрами шаровых соединений), и не существует неопределенности в их определении, достигается большая точность в знании позиции осей вращения, как теоретическом, так и действительном.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут выяснены из последующего подробного описания нескольких вариантов осуществления, иллюстрирующих его цель относительно приложенных чертежей.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает вид в перспективе шарнирно-сочлененного механизма изобретения.
Фиг. 2 показывает вид в плане шарнирно-сочлененного механизма изобретения.
Фиг. 3 показывает вид снизу в перспективе шарнирно-сочлененного механизма изобретения.
Фиг. 4 является схематичным чертежом шарнирно-сочлененной системы ориентации изобретения.
Фиг. 5 показывает схематичный вид спереди шарнирно-сочлененной системы ориентации изобретения с путями основной нагрузки.
Фиг. 6 и 7 являются видами, показывающими исполнительные механизмы (актуаторы) и шарнирное средство шарнирно-сочлененной системы ориентации изобретения.
Подробное описание изобретения
Шарнирно-сочлененный механизм 1 изобретения представляется на фиг. 1-3. На этих чертежах может быть видно, что шарнирно-сочлененный механизм 1 содержит первое шаровое соединение 3, второе шаровое соединение 4, третье шаровое соединение 5, первый рычаг 6, второй рычаг 7 и третий рычаг 8. Первое шаровое соединение 3 и второе шаровое соединение 4 соединяются (связываются) посредством первого рычага 6, который содержит первую выступающую часть (первый выступающий фрагмент) 9, подходящую для присоединения к первой поверхности. На фиг. 1 и 2 выступающая часть (выступающий фрагмент) 9 первого рычага 6 размещается на конце первого рычага 6, соответствующего первому шаровому соединению 3.
Первое шаровое соединение 3 и третье шаровое соединение 5 связываются посредством второго рычага 7, который содержит вторую выступающую часть (второй выступающий фрагмент) 10, подходящую для присоединения ко второй поверхности. На фиг. 1 и 3 выступающая часть (выступающий фрагмент) 10 второго рычага 7 размещается на конце второго рычага 7, соответствующего первому шаровому соединению 3.
На фиг. 1-3 может быть видно, что второе шаровое соединение 4 и третье шаровое соединение 5 связываются посредством третьего рычага 8, таким образом, что продольная ось Y первого рычага 6 и продольная ось X второго рычага 7 являются перпендикулярными.
Вторая выступающая часть (второй выступающий фрагмент) 10 выступает в противоположном направлении по отношению к направлению, в котором первая выступающая часть (первый выступающий фрагмент) 9 выступает.
В варианте осуществления шарнирно-сочлененного механизма 1, показанном на фиг. 1-3, выступающие части (фрагменты) 9 и 10 размещаются в противоположных позициях относительно первого шарового соединения 3. На фиг. 3 первая выступающая часть (первый выступающий фрагмент) 9 находится в верхней позиции, а вторая выступающая часть (второй выступающий фрагмент) 10 в нижней позиции относительно первого шарового соединения 3.
Фиг. 4 и 5 показывают шарнирно-сочлененную систему 2 ориентации изобретения, которая содержит платформу 11 основания и мобильную платформу 12, которая является подвижной относительно платформы 11 основания. Шарнирно-сочлененная система 2 ориентации также содержит два шарнирно-сочлененных средства 13, которые соединяют платформу 11 основания и мобильную платформу 12, перемещение шарнирных средств 13 выполняется посредством исполнительных механизмов (актуаторов) 14, 14'. Шарнирно-сочлененная система 2 ориентации дополнительно содержит шарнирно-сочлененный механизм 1 вышеописанного типа, в котором первый рычаг 6 присоединяется к мобильной платформе 12 через первую выступающую часть (первый выступающий фрагмент) 9, а второй рычаг 7 присоединяется к платформе 11 основания через вторую выступающую часть (второй выступающий фрагмент) 10.
Фиг. 4 также показывает ортогональную систему осей X, Y, Z (оси X и Y уже были определены).
Как может быть видно на фиг. 4, шарнирно-сочлененная система 2 ориентации имеет платформу 11 основания и мобильную платформу 12, которая является подвижной относительно платформы 11 основания, так что она может изменять свою ориентацию и наведение относительно платформы 11 основания. Изменение относительной ориентации (например, угла α) выполняется посредством перемещения двух шарнирных средств 13 относительно центрального сочленения, состоящего из шарнирно-сочлененного механизма 1. Перемещение шарнирных средств 13 выполняется посредством поворотных исполнительных механизмов (актуаторов) 15 или посредством линейных исполнительных механизмов (актуаторов) 16.
Посредством перемещения исполнительного механизма (актуатора) 14 шарнирное сочленение перемещается, и лопатки шарнира передают линейное перемещение по X-оси в линейное перемещение по Z-оси, перемещая мобильную платформу 12 вверх и вниз и поворачивая платформу вокруг Y-оси.
Как изложено, оси X и Y вращения определяются шаровыми соединениями:
- Первое шаровое соединение 3 и второе шаровое соединение 4 связываются посредством первого рычага 6, ось Y является продольной осью первого рычага 6.
- Первое шаровое соединение 3 и третье шаровое соединение 5 связываются посредством второго рычага 7, ось X является продольной осью второго рычага 7.
Перпендикулярность осей X и Y и перемещение карданного типа обеспечивается посредством рычага 8, связывающего второе шаровое соединение 4 и третье шаровое соединение 5.
Компоновка центрального сочленения собирает преимущества шарового опорного соединения с преимуществами соединениями карданного типа. Три шаровых соединения 3, 4, 5 определяют оси X, Y вращения, а звенья между ними определяют взаимосвязанное перемещение. Одна ось (Z) является неподвижной, а другие две оси (X и Y) перемещаются вокруг неподвижной оси (Z). Плоскость сопряжения может быть размещена в любой ориентации посредством вращения вокруг обеих осей (X, Y).
Фиг. 5 также показывает три пути 17, 17', 17'' нагрузки между мобильной платформой 12 и платформой 11 основания, которые имеют место, когда нагрузки (представленные стрелками) оказываются на мобильную платформу 12. Исполнительные механизмы (актуаторы) 14, 14' размещаются вне этих путей 17, 17', 17'' нагрузки. Эта компоновка обеспечивает увеличение выходного разрешения (ориентации платформы), оставляя шарниры 13 (структурные элементы) на соответствующих путях 17, 17'' нагрузки. Этот признак предоставляет возможность оптимизации шарнирно-сочлененной системы 2 ориентации с точки зрения нагрузочной способности (нагрузочная способность системы может быть увеличена с помощью того же исполнительного механизма (актуатора) без увеличения массы), а также с точки зрения затрат (он предоставляет возможность выбора исполнительного механизма (актуатора) из более широкого диапазона исполнительных механизмов (актуаторов)).
Фиг. 6 показывает шарнирное средство 13 шарнирно-сочлененной системы 2 ориентации изобретения с линейным исполнительным механизмом (актуатором) 16.
Фиг. 7 показывает шарнирное средство 13 шарнирно-сочлененной системы 2 ориентации изобретения с поворотным исполнительным механизмом (актуатором) 15.
Поворотные исполнительные механизмы (актуаторы) 15 могут быть заменены осью вращения, параллельной платформе 11 основания или перпендикулярной к платформе 11 основания. Линейные исполнительные механизмы (актуаторы) 16 размещаются параллельно платформе 11 основания.
Хотя настоящее изобретение было полностью описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления, очевидно, что модификации могут быть введены в его рамках, не рассматривая его, как ограниченное этими вариантами осуществления, но содержимым последующей формулы.
1. Шарнирно-сочлененный механизм (1), который содержит первое шаровое соединение (3), второе шаровое соединение (4), третье шаровое соединение (5), первый рычаг (6), второй рычаг (7) и третий рычаг (8),
при этом первое шаровое соединение (3) и второе шаровое соединение (4) соединяются посредством первого рычага (6), при этом первый рычаг (6) содержит первую выступающую часть (9); первое шаровое соединение (3) и третье шаровое соединение (5) соединяются посредством второго рычага (7), при этом второй рычаг (7) содержит вторую выступающую часть (10), выступающую в противоположном направлении по отношению к направлению, в котором выступает первая выступающая часть (9); а второе шаровое соединение (4) и третье шаровое соединение (5) соединяются посредством третьего рычага (8), таким образом, что продольная ось Y первого рычага (6) и продольная ось X второго рычага (7) являются перпендикулярными.
2. Шарнирно-сочлененная система (2) ориентации, содержащая платформу (11) основания и мобильную платформу (12), которая является подвижной относительно платформы (11) основания, и
два шарнирно-сочлененных средства (13), которые соединяют платформу (11) основания и мобильную платформу (12), причем перемещение шарнирных средств (13) выполняется посредством исполнительных механизмов (14, 14'),
отличающаяся тем, что дополнительно содержит
шарнирно-сочлененный механизм (1) по п. 1, в котором первый рычаг (6) присоединяется к мобильной платформе (12) посредством первой выступающей части (9), а второй рычаг (7) присоединяется к платформе (11) основания посредством второй выступающей части (10).
3. Шарнирно-сочлененная система (2) ориентации по п. 2, в которой исполнительные механизмы (14, 14') размещаются вне путей (17, 17', 17'') нагрузки между мобильной платформой (12) и платформой (11) основания, которые имеют место, когда нагрузки оказываются на мобильную платформу (12).
4. Шарнирно-сочлененная система (2) ориентации по любому из пп. 2 или 3, в котором исполнительные механизмы являются поворотными исполнительными механизмами (15).
5. Шарнирно-сочлененная система (2) ориентации по любому из пп. 2 или 3, в котором исполнительные механизмы являются линейными исполнительными механизмами (16).
