一种用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台

1.本发明属于舰载雷达自由度控制设备技术领域，尤其涉及一种用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台。


背景技术：

2.舰载雷达是装备在船舶上的各种雷达的总称，它们可探测和跟踪海面、空中目标，为武器系统提供目标数据，引导舰载机飞行和着舰，躲避海上障碍物，保障舰艇安全航行和战术机动等。现代舰载式高机动雷达在工作时通常需要将雷达天线举升至一定高度，并将天线阵面调整至一定姿态，以减小舰艇甲板上其他设备对天线波束的影响。工作结束后，雷达天线需要恢复到特定角度。因此舰载雷达服役过程中，天线快速、可靠地机动架设,撤收和位姿态控制至关重要。目前的雷达天线的位姿控制多采用俯仰机构，机构传动链长，运动效率低，自由度少，导致运动不灵活，难以实现精确复杂的运动控制，影响大型天线雷达对目标的精准锁定。尤其是对于中，大型雷达天线而言，现有的俯仰机构刚性差，平稳性不足，限制了雷达天线的精准高速运动。此外，对于现有舰载雷达天线的架设和撤收，常见的剪叉升降机构，或者平行四边形举升机构，同样存在刚性差，承载能力低，运动不平稳，极大影响了舰载雷达天线的机动性，难以满足大型雷达天线对机构的运动控制要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种用于舰载雷达天线，实现舰载雷达天线，特别是大中型雷达天线的位置调整和升降控制的可升降六自由度平台。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
5.一种用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台，包括升降台1、自由度控制组件、第一转盘6、第二转盘7；
6.第一转盘6和第二转盘7可转动设置，两个转盘上端面共面且同心；升降台1下端面与两个转盘上端面平行设置；
7.自由度控制组件包括：两端分别与升降台1下端面和第一转盘6上端面铰接的若干第一直线伸缩装置3，两端分别与升降台1下端面和第二转盘7上端面铰接的若干第二直线伸缩装置8；
8.若干第一直线伸缩装置3倾斜设置且以两个转盘的中轴线为对称轴呈环形阵列均匀设置；若干第二直线伸缩装置8倾斜设置且以两个转盘的中轴线为对称轴呈环形阵列均匀设置；第一直线伸缩装置3与第二直线伸缩装置8的倾斜方向相反。
9.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，第一直线伸缩装置3和第二直线伸缩装置8是指活塞杆、或气缸、或液压缸。
10.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，第一直线伸缩装置3与升降台1下端面和第一转盘6上端面之间，以及第二直线伸缩装置8与升降台1下端面和第二转盘7上端面之间分别通过铰球结构2连接；第一直线伸缩装置3
与第二直线伸缩装置8的数量相同，一一成对设置，每对中的第一直线伸缩装置3与第二直线伸缩装置8在升降台1下端面的铰接点相邻。
11.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，第一转盘6、第二转盘7转动时以相同角速度进行反向旋转。
12.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，还包括用于驱动第一转盘6和第二转盘7以相同角速度进行反向旋转的旋转传递组件；
13.旋转传递组件包括：二级太阳轮17、二级行星轮18、二级行星架19、一级太阳轮20、一级行星轮21、一级行星架22、传动轴23、一级内齿圈24、支撑座27；
14.传动轴23与第一转盘6通过键连接实现同步转动；一级太阳轮20与二级太阳轮17通过键连接后可转动地套在传动轴23上；一级行星架22与传动轴23通过键连接实现同步转动。
15.第二转盘7中心设置有第二内齿圈7a，第二内齿圈7a与二级行星轮18啮合；一级内齿圈24固定设置在支撑座27上，一级内齿圈24与一级行星轮21啮合；
16.一级内齿圈24、一级行星架22、一级行星轮21及一级太阳轮20构成一级行星传动结构；二级太阳轮17、二级行星轮18、二级行星架19及第二转盘7构成二级行星传动结构；
17.在一级行星传动结构中，传动轴23驱动一级行星架22旋转，一级行星架22通过一级太阳轮20驱动二级太阳轮17；
18.在二级行星传动结构中，二级太阳轮17通过二级行星轮18驱动第二转盘7。
19.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，一级太阳轮20的齿数z
20
：一级内齿圈24的齿数z
24
：一级行星轮21的齿数z
21
＝52：100：24；
20.二级太阳轮17的齿数z
17
：二级内齿圈的齿数z7：二级行星的齿数z
18
＝52：152：50。
21.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，第二转盘7的上侧设置有环形支撑槽7b；第一转盘6通过第一滚动支撑件15可转动地设置于环形支撑槽7b中；第二转盘7与二级行星架19之间设置有第二滚动支撑件16。
22.对前述用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的进一步改进或者优选实施方案，传动轴23通过蜗轮11和蜗杆10驱动。
23.其有益效果在于：
24.1、结构稳定，支撑能力强，各部分结构受力均匀，承载能力强，运动过程平稳顺畅，运动速度的控制方便且灵活；
25.2、平台空间六自由度可控，运动灵活，位姿可精确调整；
26.3、采用行星传动配合蜗轮蜗杆传动，保证传动过程稳定高效，精确顺畅，蜗轮蜗杆的自锁效应，可保证升降平台不会因外载而下落，确保运动可靠性；
27.4、升降平台不需要额外的导向构件，收缩后尺寸可大幅减小，可以进一步减小机构空间尺寸，便于天线雷达的隐蔽和维护管理。
附图说明
28.图1是用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的展开状态示意图；
29.图2是用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的收缩状态示意图；
30.图3是用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台的装配示意图；
31.其中附图标记包括：
32.升降台1、铰球结构2、第一直线伸缩装置3、第一转盘6、第二转盘7、第二内齿圈7a、环形支撑槽7b、第二直线伸缩装置8、万向轮结构9、蜗杆10、蜗轮11、锁紧螺栓13、锁紧压板14、第一滚动支撑件15、第二滚动支撑件16、二级太阳轮17、二级行星轮18、二级行星架19、一级太阳轮20、一级行星轮21、一级行星架22、传动轴23、一级内齿圈24、支撑座27。
具体实施方式
33.以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
34.本技术的用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台，主要用于解决现有的雷达天线承载能力和控制性能不足，难以满足大中型雷达天线安装使用需求的问题。提供一种具有支撑稳定，控制方便，便于调节且占用空间小的可升降六自由度平台。
35.如图1、图2、图3所示，本技术的用于舰载雷达天线的可升降六自由度平台主要结构包括升降台1、自由度控制组件、第一转盘6、第二转盘7；
36.第一转盘6和第二转盘7可转动设置，两个转盘上端面共面且同心；升降台1下端面与两个转盘上端面平行设置；
37.自由度控制组件包括：两端分别与升降台1下端面和第一转盘6上端面铰接的若干第一直线伸缩装置3，两端分别与升降台1下端面和第二转盘7上端面铰接的若干第二直线伸缩装置8；
38.若干第一直线伸缩装置3倾斜设置且以两个转盘的中轴线呈环形阵列均匀设置；若干第二直线伸缩装置8倾斜设置且以两个转盘的中轴线呈环形阵列均匀设置；第一直线伸缩装置3与第二直线伸缩装置8的倾斜方向相反。
39.本技术中，若不考虑第一转盘6和第二转盘7的转动自由度，根据空间机构自由度计算方法，假设第一直线伸缩装置3和第二直线伸缩装置一共有n个，每个直线伸缩装置可简化为两个可动部件，共2n个部件，加上升降台1，则总的活动构件数为2n 1，空间总自由度为2n 1
×
6＝12n 6；由于直线伸缩装置两端铰接在平面，铰接结构限制了3个平动自由度，总共限制2n*3＝6n个自由度；其中直线伸缩装置中两个可动部件组成滑动副，每个滑动副限制了2个平动自由度，2个转动自由度，共限制了2n*2＝4n个自由度，同时直线伸缩装置内的两个部件绕其伸缩方向的旋转运动对升降平台的运动不造成影响，产生2n个局部自由度，运动分析时以去除，升降平台最终的自由度为2n 1
×
6-6n-4n-2n＝6，即图中升降台1最终具有六个自由度。
40.通过控制直线伸缩装置，机构可以获得有确定的六自由度运动姿态。使用过程中，将雷达安装在升降平台1上，雷达在升降平台运动空间的位置和姿态是精确可控的。
41.作为优选实施方案，本技术中第一直线伸缩装置3和第二直线伸缩装置8可以根据实际装备和条件使用活塞杆、或气缸、或液压缸等直线伸缩装置。
42.为保证各向运动平稳无阻碍，本实施例中，第一直线伸缩装置3与升降台1下端面和第一转盘6上端面之间，以及第二直线伸缩装置8与升降台1下端面和第二转盘7上端面之间分别通过铰球结构2连接；第一直线伸缩装置3与第二直线伸缩装置8的数量相同，一一成对设置，每对中的第一直线伸缩装置3与第二直线伸缩装置8在升降台1下端面的铰接点相
邻，且最好使各铰接点位于以两个转盘的中轴线与升降台1下端面的交点为圆心绘制的圆上。
43.在上述功能之外，为便于控制升降台1上升下降，以便于舰载雷达天线的收放隐藏，可通过第一转盘6和第二转盘7的反向转动从而驱动升降平台的升降运动。
44.为保证两个转盘相对转动过程稳定顺畅，同时尽可能的减小装备整体高度，简化控制方案，本技术还提供用于驱动第一转盘6和第二转盘7以相同角速度进行反向旋转的旋转传递组件；
45.如图3所示，旋转传递组件包括：二级太阳轮17、二级行星轮18、二级行星架19、一级太阳轮20、一级行星轮21、一级行星架22、传动轴23、一级内齿圈24、支撑座27；
46.传动轴23与第一转盘6通过键连接实现同步转动；具体实施时，为防止脱离，在必要时还应当设置各类定位锁止结构，例如图3中的锁紧螺栓13以及锁紧压板14。
47.一级行星架22与传动轴23通过键连接实现同步转动，一级太阳轮20与二级太阳轮17通过键连接后可转动地套在传动轴23上；
48.第二转盘7中心设置有第二内齿圈7a，第二内齿圈7a与二级行星轮18啮合；一级内齿圈24固定设置在支撑座27上，一级内齿圈24与一级行星轮21啮合；
49.一级内齿圈24、一级行星架22、一级行星轮21及一级太阳轮20构成一级行星传动结构；二级太阳轮17、二级行星轮18、二级行星架19及第二转盘7构成二级行星传动结构；
50.在一级行星传动结构中，传动轴23驱动一级行星架22旋转，一级行星架22通过一级太阳轮20驱动二级太阳轮17；
51.在二级行星传动结构中，二级太阳轮17通过二级行星轮18驱动第二转盘7。
52.需要说明的是，上述描述仅用于对本技术的基本结构进行说明，行为对其中齿轮的数量组合形式进行说明，在实际实施时，为提高传动稳定性，可以根据实际需求采用一个或者多个行星轮、将多个行星轮均匀设置等常用处理方式来保证传动的稳定和有效，因为行星传动结构为常见的行星传动结构，其基本结构和应用方法均已十分成熟，在此不予赘述。
53.外部驱动力依次通过传动轴23、两级行星传动进行运动和动力传递后，驱动第一转盘6和第二转盘7进行反向旋转，从而驱动升降平台的升降运动。
54.作为优选方案，使第一转盘6、第二转盘7转动时以相同角速度进行反向旋转可以简化控制过程，便于提高效率，使装置控制更加简单。
55.为此，本技术中一级太阳轮20的齿数z
20
：一级内齿圈24的齿数z
24
：一级行星轮21的齿数z
21
＝52：100：24；二级太阳轮17的齿数z
17
：二级内齿圈的齿数z7：二级行星的齿数z
18
＝52：152：50。
56.一级行星传动结构中一级内齿圈24固定，一级太阳轮20输出，一级行星架22输入，因此一级行星传动的传动比为：
[0057][0058]
式中，w
20
为第一级太阳轮20的转速，w
22
为第一级行星架的转速，w
24
为第一级内齿圈的转速，根据第一级行星传动系统的安装方式，可知w
24
＝0,代入各齿轮齿数比，最后得到：
[0059][0060]
在二级行星传动结构中，可选二级太阳轮17齿数z
17
＝52,二级内齿圈z7＝152,二级行星轮齿数z
18
＝50,二级行星传动结构中二级太阳轮17为动力输入，二级行星架固定，第二转盘7输出，因此二级行星传动的传动比为：
[0061][0062]
此时，第二转盘7的转速与二级太阳轮7方向相反，即与传动轴23的转向相反，而两级行星传动串联后，k1×
k2＝-1，最终输出的第二转盘7的转速始终保证与第一转盘6旋转速度大小相同，方向相反，进而更方便的实现机构的升起与收缩。
[0063]
以上为基于本技术的技术方案的必要技术内容和常用的优选实施方式进行的说明，在具体实施中，考虑到设备静音、保护、耐磨等不同需求，还可以进行针对性设计和改良，但其基本结构和处理方式不脱离本技术的技术方案的基础。
[0064]
例如，为便于驱动控制两个转盘，简化装配和操控，在具体实施时，可在第二转盘7的上侧设置有环形支撑槽7b；第一转盘6通过第一滚动支撑件15可转动地设置于环形支撑槽7b中，进而实现自由转动。第二转盘7与二级行星架19之间设置有第二滚动支撑件16。
[0065]
第一滚动支撑件15和第二滚动支撑件16结构和功能类似平面旋转轴承，主要用于将相对运动转换为滚动摩擦形式，进而保护设备结构，是一种常见的连接支撑结构，一般由一个环形定位件以及设置于环形定位件上的若干滚子或滚珠构成。
[0066]
同时上述技术方案中涉及到部分连接固定方式以及隐含的相对运动内容，可以根据本技术中具体实施方式以及现有的处置方案进行自由应用。
[0067]
例如本技术中，一级内齿圈24固定设置在支撑座27上，其中一级内齿圈可以使独立装置，亦可直接从支撑座27上加工得到，如图3中所示，若一级内齿圈采用独立结构，则可以利用常规的螺栓组25或者其他连接固定结构或者工艺进行连接。
[0068]
同时，作为优选方案，传动轴23的与外部驱动装置之间优选通过蜗轮11和蜗杆10驱动，进而可以利用蜗轮蜗杆结构的自锁效应，在升降台被升起且承压时，不会自动下落，保证运动过程的稳定可靠。
[0069]
进一步的，为避免装置整体质量直接作用于传动轴及其齿轮系，优选的，可在第一转盘6和/或第二转盘7的底部设置万向轮结构；
[0070]
当利用第二转盘7支撑第一转盘6时，上述结构进一步简化为只在第二转盘7的底部设置万向轮结构9。
[0071]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。