[发明专利]真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统及方法

权利要求书

1.真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统，其特征是，其包括：PLC控制器(1)、第一伺服驱动器(2)、第一伺服电机(3)、平移传动机构(4)、T型连接板(5)、电控倾斜台(6)、第二伺服电机(7)、第二伺服驱动器(8)、折弯板(9)、电控旋转台(10)、第三伺服电机(11)、第三伺服驱动器(12)、L型连接板(13)和信号天线夹具(14)；

该系统设置在真空罐(15)中，提供真空环境；

PLC控制器(1)与第一伺服驱动器(2)连接，第一伺服驱动器(2)与第一伺服电机(3)连接，第一伺服电机(3)与平移传动机构(4)连接，平移传动机构(4)固定在真空罐(15)顶端；平移传动机构(4)与T型连接板(5)连接，实现信号天线沿x方向的移动；T型连接板(5)与电控倾斜台(6)连接，电控倾斜台(6)与第二伺服电机(7)连接，第二伺服电机(7)与第二伺服驱动器(8)连接，第二伺服驱动器(8)与第一伺服驱动器(2)连接，电控倾斜台(6)实现信号天线在xz面的转动；电控倾斜台(6)与折弯板(9)连接，折弯板(9)的侧表面与电控旋转台(10)连接，电控旋转台(10)与第三伺服电机(11)连接，第三伺服电机(11)与第三伺服驱动器(12)连接，第三伺服驱动器(12)与第二伺服驱动器(8)连接，电控旋转台(10)实现信号天线在yz面的转动；电控旋转台(10)与L型连接板(13)连接，L型连接板(13)下表面与信号天线夹具(14)连接。

2.根据权利要求1所述的真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统，其特征在于，所述平移传动机构(4)包括滚珠丝杠(4-1)、底座(4-2)、滑轨(4-3)和滑台(4-4)；滚珠丝杠(4-1)固定在底座(4-2)里面，第一伺服电机(3)与平移传动机构(4)的滚珠丝杠(4-1)螺栓连接，滚珠丝杠(4-1)通过第一伺服电机(3)传动驱动力，能实现精确定位；底座(4-2)上表面固定于真空罐(15)顶端，底座(4-2)下表面与滑轨(4-3)连接，滑轨(4-3)与滑台(4-4)连接；滑台(4-4)与T型连接板(5)连接。

3.根据权利要求1所述的真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统，其特征在于，所述电控倾斜台(6)包括倾斜台底座(6-1)、第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)、倾斜台弧形滑轨(6-3)和倾斜台(6-4)；第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)固定在倾斜台底座(6-1)里面，倾斜台底座(6-1)与倾斜台弧形滑轨(6-3)连接，倾斜台弧形滑轨(6-3)与倾斜台(6-4)连接，实现倾斜台(6-4)沿倾斜台弧形滑轨(6-3)移动，从而实现电控倾斜台(6)带动信号天线在xz面的转动，当转动到指定位置能实现自锁；

第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)与第二伺服电机(7)连接，第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)通过第二伺服电机(7)传动驱动力，能实现精确定位；

电控倾斜台(6)中的倾斜台(6-4)下表面与折弯板(9)连接。

4.根据权利要求1所述的真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统，其特征在于，所述电控旋转台(10)包括旋转台底座(10-1)、第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)和旋转台(10-3)；第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)固定在旋转台底座(10-1)里面，第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)与第三伺服电机(11)连接，第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)通过第三伺服电机(11)传动驱动力，能实现精确定位；折弯板(9)的侧表面与电控旋转台(10)中的旋转台底座(10-1)一侧连接，旋转台底座(10-1)另一侧与旋转台(10-3)一侧连接，旋转台(10-3)带动信号天线在yz面的转动，当转动到指定位置能实现自锁。

5.根据权利要求1所述的真空环境下不同信号天线的三自由度转换系统，其特征在于，所述天线夹具(14)包括可装夹信号天线A(16)的夹具(14-1)，可装夹信号天线B(17)的夹具(14-2)，可装夹信号天线C(18)的夹具(14-3)，可以装夹不同工作频段的天线；信号天线A(16)的夹具(14-1)与信号天线B(17)的夹具(14-2)在yz面呈30°分布，信号天线A(16)的夹具(14-1)与信号天线C(18)的夹具(14-3)在yz面呈60°分布。

6.真空环境下不同信号天线的三自由度转换方法，其特征是，其包括以下步骤：

步骤一，第一伺服电机(3)与平移传动机构(4)的滚珠丝杠(4-1)螺栓连接，滚珠丝杠(4-1)通过第一伺服电机(3)传动驱动力，能实现精确定位；平移传动机构(4)中的底座(4-2)上表面固定在真空罐(15)顶端，平移传动机构(4)中的底座(4-2)下表面与滑轨(4-3)固定，滑轨(4-3)通过螺钉与滑台(4-4)连接，平移传动机构(4)实现信号天线沿x方向的移动；

步骤二，滑台(4-4)与T型连接板(5)连接，T型连接板(5)与电控倾斜台(6)连接，电控倾斜台(6)中的第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)固定在倾斜台底座(6-1)里面，第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)与第二伺服电机(7)连接，传动驱动力，能实现精确定位；倾斜台底座(6-1)与倾斜台弧形滑轨(6-3)连接，倾斜台弧形滑轨(6-3)与倾斜台(6-4)连接，实现倾斜台(6-4)沿倾斜台弧形滑轨(6-3)移动，从而实现电控倾斜台(6)带动信号天线在xz面的摆动一定角度，当摆动到指定位置能实现自锁；

步骤三，电控倾斜台(6)中的倾斜台(6-4)下表面通过螺栓与折弯板(9)连接，折弯板(9)的测表面通过螺栓与电控旋转台(10)中的旋转台底座(10-1)一侧连接，旋转台底座(10-1)另一侧与旋转台(10-3)一侧连接，第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)与第三伺服电机(11)连接，传动驱动力，能实现精确定位，电控旋转台(10)实现信号天线yz面的转动；旋转台(10-3)的另一面与L型连接板(13)连接，L型连接板(13)下表面与信号天线夹具(14)通过螺栓连接；

步骤四，安装信号天线，信号天线A(16)装夹在信号天线A的夹具(14-1)上，信号天线B(17)装夹在信号天线B的夹具(14-2)上，信号天线C(18)装夹在信号天线C的夹具(14-3)上；

步骤五，连接控制部分；PLC控制器(1)通过EtherCAT通信网线与第一伺服驱动器(2)连接，第一伺服驱动器(2)通过线缆与第一伺服电机(3)连接；第一伺服驱动器(2)通过EtherCAT通信网线与第二伺服驱动器(8)连接，第二伺服驱动器(8)通过线缆与第二伺服电机(7)连接；第二伺服驱动器(8)通过EtherCAT通信网线与第三伺服驱动器(12)连接，第三伺服驱动器(12)通过线缆与第三伺服电机(11)连接；

步骤六，一切安装完成后，若需要实现信号天线A(16)在指定位置与其它天线进行通讯，PLC控制器(1)通过向第一伺服驱动器(2)发射脉冲，第一伺服驱动器(2)驱动第一伺服电机(3)带动滚珠丝杠(4-1)转动，滚珠丝杠(4-1)机构将旋转运动变为直线运动；第一伺服电机(3)额定转速为n₁,单螺线滚珠丝杠(4-1)的导程为P_h，在x方向上的位移为S，时间为t₁；计算公式为：

S＝n₁×P_h×t₁

当到达指定位置，第一伺服电机(3)的编码器将位置信息反馈到PLC控制器(1)，

PLC控制器(1)控制第一伺服电机(3)停止转动，实现抱闸；

步骤七，PLC控制器(1)通过向第二伺服驱动器(8)发射脉冲，第一伺服驱动器(2)驱动第二伺服电机(7)带动第一蜗轮蜗杆传动机构(6-2)转动，传动驱动力变为倾斜台(6-4)沿倾斜台弧形滑轨(6-3)摆动，从而带动信号天线A(16)在xz面摆动一定角度；第二伺服电机(7)额定转速为n₂,电控倾斜台(6)的传动比i₁为270,极限摆动角为30°，电控倾斜台(6)在xz面摆动角度为θ₁，时间为t₂；计算公式为：

当到达指定位置，第二伺服电机(7)的编码器将位置信息反馈到PLC控制器(1)，PLC控制器(1)控制第二伺服电机(7)停止转动，实现抱闸；

步骤八，PLC控制器(1)通过向第三伺服驱动器(12)发射脉冲，第三伺服驱动器(12)驱动第三伺服电机(11)带动第二蜗轮蜗杆传动机构(10-2)转动，传动驱动力变为旋转台(10-3)的旋转，从而带动信号天线A(16)在yz面旋转一定角度；第三伺服电机(11)额定转速为n₃，电控旋转台(10)的传动比i₂为180，旋转角为360°，电控倾斜台(6)在xz面摆动角度为θ₂，时间为t₃，计算公式为：

当到达指定位置，第三伺服电机(11)的编码器将位置信息反馈到PLC控制器(1)，PLC控制器(1)控制第三伺服电机(11)停止转动，实现抱闸；从而使信号天线A(16)精确切换至所需要位置与其它天线进行通讯；

步骤九，若实验需要将信号天线B(17)或信号天线C(18)摆动到一定角度与其他信号天线通讯，则操作步骤重复步骤六、步骤七、步骤八。