[发明专利]一种同心局部球面高精度姿态稳定装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械电子领域中的一种姿态稳定支撑与调节装置，具体是一种同心局部球面高精度姿态稳定装置。

背景技术

空间天文观测、星间光通信等领域需观察仪器具备高精度的惯性姿态，利用航天器平台提供的较粗精度姿态，进一步精级的姿态采用双框架结构、机械臂、快摆镜等方式对实现更高精度的姿态调节。

二十一世纪以来，在国内外众多的星间、星地激光通信试验中广泛采用的ATP装置，就是在光学系统的双框架的两维转台上，通过种子激光器的反馈测量，利用快摆镜的闭环控制实现发射或接收光路的精确共轴指向；美欧合作的詹姆斯.韦伯空间望远镜(JWST)，采用减振器隔离卫星平台的动量轮等机构引起的结构的振动，采用快摆镜方式实现对天区的稳定控制；在美国规划的未来巨型空间望远镜项目(ATLAST)的一个拼接镜面的提议方案中，在其具有角分精度的机械臂的末端，采用了三个平行作动的音圈电机来实现望远镜的精密指向的倾斜。

这些姿态调节装置通过双框架结构或是机械臂上的高精度电机的运动来控制望远镜，或者利用望远镜光路内部快摆镜的运动，使其指向目标的区域。为了实现较为稳定的闭环指向控制，对以上装置中的各部分结构件刚度都有一定的要求，此时的代价体现在两个方面：一方面增加了作动元件的负载，如电机、压电陶瓷或音圈电机的作动力进一步加大，同等条件下增大了系统的功耗；另外一方面，刚性的增加使得航天器平台内部机构引起的高频振动干扰，能够作用到望远镜部分，这种高频颤振对望远镜视轴的稳定性形成干扰，因此以上的装置通常还需要增加被动的减振环节。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种同心局部球面高精度姿态稳定装置，该姿态稳定装置释放对被支撑物的转动扰动，利用被支撑物在惯性空间中的姿态保持特性维持基本姿态，同时提供切向驱动力补偿误差项，实现被支撑物的高精度姿态。

本发明提出了一种同心局部球面姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括：

同心局部球面支撑部件，所述同心局部球面支撑部件的局部球面为有厚度的局部球面，包括外表面和内表面；

切向调节驱动部件，安装于所述同心局部球面支撑部件处，用于产生球面切向驱动力；

连接部件3，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与被支撑物体相连接；

连接部件4，用于将所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件与外部随动部件相连接；

其中，所述同心局部球面支撑部件、所述切向调节驱动部件和所述连接部件3共同组成一套支撑设备，所述姿态稳定装置包括3套或以上所述支撑设备；其中各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面均共球面，即均位于同一空间球面上，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的内表面均共球面，即均位于同一空间球面上，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面的外表面以及内表面的球心重合，该球心称为所述同心局部球面支撑部件的特征球心，且所述同心局部球面支撑部件的特征球心与被支撑物体的质心重合；所述姿态稳定装置形成了相对于被支撑物体质心的球面支撑、转动与驱动结构。

所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，

所述同心局部球面支撑部件的局部球面还包括靠近所述外表面的局部球面1.3和靠近所述内表面的局部球面1.2，且各所述同心局部球面支撑部件的局部球面1.3均共球面，各所述同心局部球面支撑部件的局部球面1.2均共球面，局部球面1.3和局部球面1.2的球心均与所述同心局部球面支撑部件的特征球心重合；所述外表面和所述内表面连接形成空腔；局部球面1.3和局部球面1.2连接所构成的中间层被约束在所述空腔中。

所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，

在所述外表面和所述局部球面1.3之间以及所述内表面和所述局部球面1.2之间均设置互相排斥的永磁力，所述永磁力的方向垂直于所述外表面和所述内表面。

所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，

所述球面切向至少包括正交的两个方向。

所述同心局部球面姿态稳定装置，其中，

所述切向调节驱动部件包括局部球面2.1和局部球面2.2；

各所述切向调节驱动部件的局部球面2.1共球面，各所述切向调节驱动部件的局部球面2.2共球面，且所述局部球面2.1和所述局部球面2.2对应的球心重合，该球心为所述切向调节驱动部件的特征球心，所述切向调节驱动部件的特征球心与所述同心局部球面支撑部件的特征球心重合；