新型非对称冗余驱动并联二维指向机构的综合与优化设计

发布时间：2020-04-07 06:34

【摘要】：空间指向机构是指在空间环境下带动有效负载实现转动运动与定位的专用空间机构,可以实现对目标的搜索、跟踪、定位等功能,其主要应用于卫星通讯、空间雷达和空间观测等装备中。近年来随着空间有效负载功能的不断增加,指向机构的运动日趋复杂,对指向机构的性能要求也越来越严格。传统的空间指向机构为串联形式的,如X-Y轴型、方位俯仰型,相对于串联形式,并联指向机构具有高刚度、高精度、高承载能力、快响应速度等一系列优点,具有很高的研究价值。鉴于并联机构的一系列优点和指向机构的要求,本文基于球面5R机构,提出了一种新型非对称冗余驱动并联二维指向机构。首先,以消除机构的内部奇异为目标,对球面5R机构的冗余驱动支链进行综合,得到了多种具有特定驱动螺旋的冗余驱动支链,并从中筛选出了一种结构简单、工作范围大的分支,与5R机构组合成了新型冗余驱动并联二维指向机构。其次,对该机构的伴随运动、位置反解、雅可比矩阵和奇异性进行了分析,并通过软件仿真,绘制了机构的奇异轨迹。然后,针对机构工作空间、灵巧性和承载力等性能,绘制了机构的性能图谱,并基于机构性能的均值指标和方差指标对机构进行了尺寸参数的优化设计,得到了一种性能优异的并联二维指向机构。最后,针对空间天线指向机构的设计要求,设计了一台冗余驱动并联二维空间指向机构,包括机构的方案设计、关键部件的选型、主要结构的设计和机构有限元分析等。本文设计了一种新型非对称冗余驱动并联二维指向机构,其具有高精度、高承载、大工作空间、无内部奇异等优点,为空间跟踪指向领域提供了一种高品质的机构。
【图文】：

英国,机构,方位轴,无线电设备

第 1 章包括所有电子、无线电设备和天线的一套公司为一种全球成像仪(GLI)开发了一种方所示，该机构的方位轴采用步进电机作为装置，而俯仰轴采用的是无刷直流电机和增方位轴的转动范围为±20°，精度为±0.08°。向装置(LUCE)[13]，如图 1-5 所示，该机构开展与欧洲航天局的星际光通讯实验,其方为 0°~120°，且两轴均采用光电编码器作为为 3°/s，跟踪模式下的最大转速为 0.6°/s。

紧凑型,机构

燕山大学工学硕士学位论文级、高数据传输速率卫星天线指向机构，如图 1-7 所示；Hyun-Ung Oh 等[16]针位俯仰型天线指向机构由谐波齿轮的不完美啮合而产生微小振动进而影响高分相机成像质量问题，提出了一种采用形状记忆合金压缩成的新型隔振器，并验其能够有效提高各轴的隔振性。E. G. Merriam1, J. E. Jones2 等[17]提出了一种全柔自由度指向机构，如图 1-8 所示，其运动是通过柔性体的变形实现的，避免了间的接触、碰撞、摩擦、磨损及润滑的问题，能有效提高机构的指向精度，而机构采用整体结构设计，其所有结构具有相同的热膨胀系数，避免了因温度的变化而导致机构的卡死等问题，其转动范围为±15°，重复定位精度为 0.75%，质 93.2g，可应用于飞船推进器、星载天线、太阳能电池板跟踪系统等中。Marco Pe[18]提出了一种新型开链式指向机构，如图 1-9 所示，该机构是由三个转动关节而形成的一个三自由度机构，其特点是第二个关节的轴线与另外两个轴线相互，，这种结构具有较高的刚度、抗弯强度和较强的抗干扰能力，但这种机构的转动是耦合的，即末端执行器的一个简单的转动需要多个关节联合驱动。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112

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