一種天文望遠鏡用索驅動系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到于天文領域，特別是涉及到一種天文望遠鏡用索驅動系統。
【背景技術】
[0002]500 米口徑球面射電望遠鏡(Five hundred meters Aperture SphericalTelescope，簡稱FAST)是國家科教領導小組審議確定的國家九大科技基礎設施之一，采用我國科學家獨創的設計和我國貴州南部的喀斯特洼地的獨特地形條件，建設一個約30個足球場大的高靈敏度的巨型射電望遠鏡。FAST建成后將成為世界上最大口徑的射電望遠鏡，FAST將在未來20?30年保持世界一流設備的地位。主要有三項自主創新:利用獨一無二的貴州天然喀斯特洼地臺址；發明主動變形反射面；輕型索拖動機構和并聯機器人，實現望遠鏡接收機的高精度定位。
[0003]索驅動機構是FAST的重要組成部分，其性能直接影響射電望遠鏡的接收靈敏度、精度和效果。使用一種繩牽引并聯機構的柔性索驅動是FAST的技術創新之一:均勻分布在直徑600米圓周的6座百米高塔支撐6根鋼索，6根鋼索形成一個索牽引并聯機構，該機構拖動30噸的FAST饋源艙在150米高空200米范圍內做天文跟蹤運動，通過一次索驅調整達到最大控制誤差48毫米，位姿角誤差I度。
[0004]本申請人在先前的一份申請號為200910079870.1的專利中公開了一種大口徑射電望遠鏡被動式纜線進艙連接機構，該機構包括支撐塔、饋源艙、支撐索，饋源艙通過支撐塔及支撐索懸吊在射電望遠鏡主動反射面上空的焦點位置上，饋源艙位置和支撐索長度均隨焦點位置的改變而改變，其中，所述饋源艙與外界相接的纜線沿其中一根支撐索向外引出。
[0005]然而如何在大跨度空間內實現6索并聯空間6自由度姿態的控制，以及在大角度、變長度、室外風載下鋼絲繩上拖掛纜線電纜滑車的更加可靠、重量更輕，是本領域科研人員孜孜不倦所追求的目標。

【發明內容】

[0006]本發明目的就在于提供一種在大角度、變長度、室外風載下可靠控制天文望遠鏡用索驅動系統。
[0007]為實現上述目的，本發明一種天文望遠鏡用索驅動系統包括支撐塔、支撐索、用于控制所述支撐索長度的驅動機構和電控系統、用于連接饋源艙與外界的纜線及其纜線進艙連接機構；饋源艙通過支撐塔及支撐索懸吊在射電望遠鏡主動反射面上空的焦點位置上，電控系統通過控制驅動機構來調節所述支撐索的長度進而控制饋源艙位置隨焦點位置的改變而改變，其中，所述纜線和纜線進艙連接結構設置在每一根支撐索上。
[0008]進一步，所述驅動機構包括若干個與所述支撐索一一對應的驅動單元，即每個驅動單元單獨控制一根所述支撐索；所述驅動單元包括伺服電機、減速機、制動器和卷揚機。
[0009]進一步，所述支撐塔底部設置有下部導向滑輪，支撐塔頂部設置有上部導向滑輪，所述支撐索從所述驅動單元引出后順序經過下部導向滑輪和上部導向滑輪與所述饋源艙連接。
[0010]進一步，所述支撐索通過鋼絲繩連接裝置與所述饋源艙上設置的饋源艙支座連接；所述鋼絲繩連接裝置主要包括叉形件、鋼絲繩錨頭、拉力傳感器；所述叉形件一端為叉形連接側板，另一端設有連接通孔，連接通孔內設有關節軸承，關節軸承通過銷軸與所述饋源艙支座連接；所述叉形連接側板通過拉力傳感器與所述鋼絲繩錨頭一端連接，鋼絲繩錨頭另一端與所述支撐索固定連接；所述拉力傳感器與所述電控系統連接，用于在連接支撐索與饋源艙的同時檢測所述支撐索所承受的拉力。
[0011]進一步，所述鋼絲繩連接裝置還包括保護側板，保護側板一端與所述叉形件的所述叉形連接側板連接，另一端與所述鋼絲繩錨頭連接，在正常工作條件下，保護側板不受力。
[0012]進一步，所述天文望遠鏡用索驅動系統包括6套圍繞所述饋源艙圓周均勻設置的所述的支撐塔、支撐索和驅動單元；所述饋源艙圓周上均勻設置有三個所述饋源艙支座，其中每兩根支撐索通過所述鋼絲繩連接裝置固定在一個饋源艙支座上，構成一個懸掛點。
[0013]進一步，所述上部導向滑輪通過水平放置在支撐塔滑輪支撐座上的回轉支承隨鋼絲繩角度變化而轉動。
[0014]進一步，所述電控系統包括天文規劃計算機、六索并聯模型控制計算機、可編程運動控制器、塔頂絕對值編碼器、所述的拉力傳感器、饋源艙位置姿態測量系統、伺服控制系統；
所述天文規劃計算機用于規劃所述饋源艙理論運行軌跡，并將該理論運行軌跡傳輸給所述六索并聯模型控制計算機；
所述位置姿態測量系統用于測量所述饋源艙的位置和姿態的實際軌跡點的數值，并將該數值傳輸給六索并聯模型控制計算機；
所述六索并聯模型控制計算機用于根據所接收的所述理論運行軌跡在其事先優化好的饋源艙位姿和索力關系數據庫中查詢出目標理論軌跡點所對應的各所述支撐索的索力；以及將所述理論運行軌跡和所述實際軌跡點的數值進行比較，計算所述支撐索與所述饋源艙連接點的位移矢量；
所述拉力傳感器與所述可編程運動控制器連接，用于測量所述支撐索的當前實際張力；
所述塔頂絕對值編碼器與所述可編程運動控制器連接，用于監控所述上部導向滑輪的轉速；
所述卷筒絕對值編碼器與所述可編程運動控制器連接，用于監控所述卷揚機的鋼絲繩卷筒的轉速；
所述可編程運動控制器與所述六索并聯模型控制計算機連接，用于將所述目標理論軌跡點所對應的支撐索的索力與所述當前實際張力進行比較，根據所述位移矢量，并綜合補償所述上部導向滑輪的轉速和所述鋼絲繩卷筒的轉速差值后，實時同步地向所述伺服控制系統發出收縮或放出所述支撐索的指令；
所述伺服控制系統與所述可編程運動控制器連接，用于實時同步收/放所述支撐索；所述伺服控制系統包括六套伺服控制單元，每個伺服控制單元包括伺服驅動器、伺服電機以及電機旋轉編碼器。
[0015]進一步，所述位置姿態測量系統為若干個全站儀和/或若干個GPS定位器。
[0016]進一步，所述位姿和索力關系數據庫，是以與饋源艙聯接的六索受力均衡為優化目標，建立饋源艙空間六索牽引力平衡和力矩平衡方程解算獲得。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明組成機構示意圖；
圖2為本發明的主視圖；
圖3a為鋼絲繩連接裝置結構示圖；
圖3b為鋼絲繩連接裝置水平剖視圖；
圖4為饋源艙支座分布示圖；
圖5為本發明電控系統結構示圖；
圖6為饋源艙從當前實際位置到下一個理論目標位置矢量求解；
圖7為饋源艙運動過程中支撐索的矢量分解。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0019]如圖1和圖2所示，本發明一種天文望遠鏡用索驅動系統包括一個饋源艙1、六座支撐塔2、六套支撐索3、用于控制所述支撐索長度的驅動機構7和電控系統、用于連接饋源艙與外界的纜線4及其纜線進艙連接機構5 ;饋源艙I通過支撐塔2及支撐索3懸吊在射電望遠鏡主動反射面6上空的焦點位置上，電控系統通過控制驅動機構來調節所述支撐索的長度進而控制饋源艙位置姿態隨焦點位置的改變而改變，其中，所述纜線4和纜線進艙連接結構5設置在其中支撐索3上。
[0020]驅動機構包括若干個與所述支撐索一一對應的驅動單元，即每個驅動單元單獨控制一根所述支撐索3 ;所述驅動單元包括伺服電機和卷揚機。
[0021]所述支撐塔2底部設置有下部導向滑輪21，支撐塔頂部設置有上部導向滑輪22，所述支撐索3從所述驅動單元引出后順序經過下部導向滑輪21和上部導向滑輪22與所述饋源艙I連接。
[0022]支撐索3通過鋼絲繩連接裝置11與所述饋源艙I上設置的饋源艙支座F18連接；如圖3所示，所述鋼絲繩連接裝置11主要包括叉形件F1、鋼絲繩錨頭F12、拉力傳感器FlO ；所述叉形件Fl —端為叉形連接側板，另一端設有連接通孔，連接通孔內設有關節軸承F3，關節軸承F3通過銷軸F4與所述饋源艙支座F18連接；所述叉形連接側板通過拉力傳感器FlO與所述鋼絲繩錨頭F12 —端連接，鋼絲繩錨頭F12另一端與所述支撐索3固定連接；所述拉力傳感器FlO與所述電控系統連接，用于在連接支撐索3與饋源艙I的同時檢測所述支撐索3所承受的拉力。在叉形件Fl內安裝有關節軸承F3，以便叉形件Fl在支撐索3的作用下相對于饋源艙支座F18發生角度變化時，避免對叉形件Fl產生附加彎矩，極大的降低了叉形件Fl的受力強度，提高了對饋源艙驅動的可靠性。
[0023]鋼絲繩連接裝置11還包括兩塊保護側板F9，保護側板F9—端與所述叉形件Fl的所述叉形連接側板相互對應設置有通孔，并通過銷軸F8連接在一起；另一端與所述鋼絲繩錨頭F12相互對應設置有通孔，并通過銷軸Fll連接，銷軸F8和F9與通孔直接留有間隙，由此，在正常工作條件下，保護側板不受力。當傳感器FlO斷裂的情況下，保護側板能夠保證叉形件Fl和鋼絲繩錨頭F12之間的有效連接，以便支撐住饋源艙。
[0024]如圖4所示，天文望遠鏡用索驅動系統的6套圍繞所述饋源艙圓周均勻設置的所述的支撐塔、支撐索3和驅動單元；所述饋源艙I圓周上均勻設置有三個所述饋源艙支座F18，每個饋源艙支座F18對稱式設計，其中每兩根支撐索通過鋼絲繩連接裝置11固定在一個饋源艙支座F18上，構成I個懸掛點。三個懸掛點兩兩之間的間隔為120度，即均勻分布在饋源艙I圓周上，這樣能夠保證饋源艙I在三個懸掛點的作用下在空中運動，保證了饋源艙的抗扭性最好，簡化了控制系統。
[0025]上部導向滑輪22安裝在支撐塔2頂部設置的支撐塔支座上，支撐塔支座通過可水平轉動的回轉支承與支撐塔連接，由此上部導向滑輪可以隨支撐索角度變化而水平轉動。饋源艙在運行過程中，上部導向滑輪處支撐索與上部導向滑輪中心線有一定的角度變化，這樣容易導致支撐索從上部導向滑輪中的繩槽中跳出，而且磨損嚴重。為避免該問題，支撐塔支座底部與支撐塔之間設置回轉支承，由此支撐塔支座可水平轉動地設置在所述支撐塔頂部平臺上。由此，保證了饋