大型曲面可展开机构的设计与奇异消除方法研究

发布时间：2021-07-26 00:28

　　由于一定的设计缺陷或者技术故障,部分曲面可展机构在工程应用中未能完全展开,从而导致预设任务失败,并带来了巨大的经济损失。为了提高曲面可展机构的可靠性和整体刚度,本文提出了一种大型曲面可展桁架式机构,并在构型设计、自由度分析计算、展开运动学和动力学分析以及组网机构的奇异消除等方面展开了深入的研究。针对大型曲面的设计需要,基于中心投影原理,得到了全展开状态下的可展机构的理论模型,并得出了组网机构的单元轮廓均为非对称三棱台。针对此单元轮廓特点,对其进行了构型设计。本文以平面对称双4R机构为基础,辅之以空间7R机构和平面对称双5R机构,扩展得到了三棱台单元机构,并进一步运用螺旋理论计算验证了此机构的单自由度折展特性。为了分析其运动学特性,运用D-H参数法建立了可折展三棱台机构的运动学模型,求出了机构内任意质点的位置、速度以及加速度表达式。基于运动学分析,进一步建立了本文所提可折展机构的展开动力学模型,运用拉格朗日法推导了驱动力矩与展开过程相关运动参数之间的表达式。由于本文所提桁架式机构内部潜在运动奇异问题,针对该机构中运动奇异的消除方法,一方面,本文设计了弹性关节用以替换存在奇异的刚性构件,从... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

桁架式空间可展天线

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文由于全柔性可展机构的展开过程不易控，研究人员开始考虑刚、柔混用机构。上文中的缠绕肋可展天线也可归为此类机构。Boesch 等[19]研制了一款可用于空间天线的折展关节（如图 1-2 a）所示），在上下两端的刚性件之间使用长、短两种带状弹簧进行联接，能实现 90°的旋转角度。Shenoi 等[20]研究了一种薄壁状可展臂（如图 1-2 b）所示），可用作刚性构件之间的连接铰链以实现折展。

23 3 24( )f 至于侧面的双 5R 机构，由于其在三棱台机构中处于随动状态，因此可以对其进行一定的坐标转换从而得到其相应的运动轨迹。如图 3-9 所示，机构中3O ，3A ，3G 和3H 等四个点分别与 2 号双 4R 机构中1F ，1E 以及 1 号双 4R 机构中0E ，0F 对应重合。由于此四点的位姿矩阵都已经得到，因此可以用于确定辅助机构的三个输入变量，从而进一步得到各个关节的具体位姿矩阵。根据图 3-9，可以得到此辅助面双 5R 机构所在平面的法向量5 R1 0 1 0Norm E F F E(3-29)而 2 号双 4R 机构所在平面的法向量为4 _ 2[ cos(π / 3) sin(π / 3) 0]RNorm (3-30)对应 1 号双 4R 机构所在平面的法向量为4 _1[1 0 0]RNorm(3-31)即可得到每个时刻的二面角表示如下5 45 4arccosR RRotR R Norm NormNorm Norm(3-32)


本文编号：3303074