仿花瓣形空间折展机构的设计与分析

发布时间：2020-11-20 16:39

　　 随着卫星通讯、太空探测、对地观测技术的迅猛发展,对空间折展机构的应用需求变得愈加迫切。空间折展机构技术的发展,对折叠小空间、展开大尺寸、工作高精度、折展更灵活的机构提出了更高的要求。本文依据仿生原理,通过观察花朵绽放过程,找到花朵与空间折展机构的共性,构思了一类仿花瓣形空间折展机构,并对其进行设计分析、理论方法及应用研究。首先通过花朵开放过程的观察,发现空间折展机构与花朵具有共同特点,即均有收拢和展开能力。将花瓣形态特征和开放过程特征抽象提取,以正多边形为花蕊,以五连杆机构式平面折展单元和曲柄滑块机构式空间折展单元为花瓣,构思了一类仿花瓣形空间折展机构;通过修正的G-K公式得到折展单元自由度,并获得机构整体自由度;以八瓣花朵为仿生对象,对其仿生机构三维模型进行构建。其次,将遗传学基因理论引入机构学中,构建了一种具有运动副特征、构件特征和构件间的连接关系特征的构态变换矩阵,并基于此矩阵构建一种能够表述运动副类型改变、运动副数目改变、单个运动副的方位特征改变三种变胞方式的变胞方程;并运用构态变换矩阵和变胞方程分别对仿花瓣形空间折展机构的稳定态和变胞态进行构态描述和结构分析。接着,通过功能分析原理,对仿花瓣形空间折展机构进行功能分析,获得其分功能解,对分功能解进行方案设计;将生物基因引入机构学领域中,给出机构基因概念和机构基因变异与变胞方式关系图,并通过基因突变的变胞方式对折展单元(平面折展单元和空间折展单元)进行构型综合,获得多种构型;为实现机构整体的折展功能和满足机构锁解要求,设计了多种移动副、多自由度铰链和锁解铰链方案;经过对各折展单元构型和各运动副的筛选,最终得到5种平面折展单元,1种空间折展单元,2种移动副设计方案,2种多自由度铰链设计方案,3种锁解铰链设计方案,以及36种仿花瓣形空间折展机构构型。再次,建立仿花瓣形空间折展机构的坐标系,利用闭环矢量法结合杆件约束方程建立平面折展单元、空间折展单元和仿花瓣形空间折展机构的运动学解析模型,分别求解机构的位置、速度、加速度和奇异位置;并通过数值仿真和虚拟仿真获得机构仿真曲线,验证运动学解析模型的准确性,为仿花瓣形空间折展机构的控制系统设计提供一定参考。最后,设计出仿花瓣形空间折展机构的驱动装置和辅助机构,以仿花瓣形空间折展机构为基础骨架,并借助前文对空间折展机构的结构和运动性能分析,将其应用于构架式空间折展天线、太阳能电池阵和车载雷达等工程领域,设计分析对应虚拟样机的模型,展示了仿花瓣形空间折展机构的实用性和适用性。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH112
【部分图文】：

合；另外为实现机构的空间折展功能和锁解需求，分别设计了多种移链和锁解铰链方案；经过对各折展单元构型和各铰链的筛选，最终得机构构型。??章：仿花瓣形空间折展机构的运动学分析。建立仿花瓣形空间折展机闭环矢量法和杆件约束方程分别建立平面折展单元、空间折展单元和机构运动学数学模型；并进行数值仿真和虚拟仿真，验证其运动学数为仿花瓣形空间折展机构的控制运行研宄提供参考。??章：仿花瓣形空间折展机构的应用研究。通过对空间折展机构的驱动宄，将空间折展机构应用于构架式空间折展天线、太阳能电池阵和车，构建虚拟模型，进行工作原理分析，体现了仿花瓣形空间折展机构和适用性。??章：总结了本文对仿花瓣形空间折展机构所做的研宄工作，并提出仿构进一步研究展望。??￣第一章￣??

广西大学硕士学位论文?仿花瓣形空间折展机构的设计与分析??２．２．丨平面折展单元的设计??为便于设计，现将表２－１中椭圆形平面折展单元视为三角形进行研究，并将平面折??展单元设计成五连杆机构，且为避免空间折展机构在平面折展过程中出现杆件相互千涉??的现象，将平面折展单元形状设计成直角三角形或等腰三角形。根据折叠点和折叠方式??的不同，将平面折展单元分为四类，如图２－１所示。??

图２－３平面折展单元ＩＩ??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｌａｎａｒ?ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ?ｕｎｉｔ?ＩＩ??如图２－３所示，平面折展单元ＩＩ为五连杆机构，且三角形ＣＤＰ为直角三角形，直??１２??
【参考文献】

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本文编号：2891700