五面体可展桁架单元特性分析
发布时间：2022-01-12 17:30
随着航天技术的不断发展和进步,国内对大型空间结构的需求不断增大。为满足大型空间桁架结构太空在轨装配的需要,本文根据五面体可展桁架单元可以组合成多种类型的桁架结构的特点,提出了一种五面体可展桁架单元,该结构在地面上可置于收缩状态以便于发射,发射到指定空间位置后,解除约束可展成五面体单元,然后以此为基本单元进行空间组装,获得所需的空间桁架结构。本文基于五面体可展桁架单元设计了两种折叠方式并对其进行了自由度、运动学和动力学分析。基于Maxwell几何体系必要判据,对于完全展开后的五面体可展桁架单元模型,进行分析。单元稳定性分析结果表明,展开后的五面体桁架单元作为基本桁架单元时能保证基本单元结构的稳定,是实现整体结构稳定的前提,通过基本单元上预设的连接杆,可将多个五面体可展桁架单元进行连接,组合成多种类型的桁架结构。应用约束螺旋理论和反螺旋理论对两种展开方式的五面体可展桁架单元单闭环结构和单元整体结构进行自由度分析。结果表明,当单元展开方式为五面体可展桁架单元的底面始终与设定的坐标轴平面平行时,该单元的单闭环自由度和整体自由度均为1;当单元展开方式为五面体可展桁架单元的底面与设定的坐标轴平面不...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１移动小车式空间在轨组装机构??
?大连海事大学硕士学位论文???（ａ）小车机构示意图?（ｂ）小车机构组装示意图??图１．１移动小车式空间在轨组装机构??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｓｐａｃｅ?ｏｎ?ｏｒｂｉｔ?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｏｂｉｌｅ?ｃａｒ??图１．２机构搭建不同角度桁架??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｔｒｕｓｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｎｇｌｅｓ?ｂｕｉｌｔ?ｂｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??Ｗｉｌｌｉａｍ?Ｄｏｇｇｅｔｔ提出了一种利用遥控的工业机器人来进行空间桁架结构装配的机??构［２８］。如图１．３所示，该机构包括一个工业机器人、两个执行终端、三个运动方向和多??个监控摄像头。该机构有一个能够进行旋转运动的底座，用来旋转搭建的桁架机构。该??旋转机构把未完成搭建的桁架部分旋转至工业机器人附近，以方便工业机器人进行桁架??搭建工作。工业机器人可通过运动基座上的两个直线对桁架杆和面板的进行安装。该工??业机器人是一个６自由度的机械臂，，其尺寸为６０英寸，载荷能力为３０磅。在操作中可??以对机器人进行自定义修改，以满足不同的操作需求。搭建桁架用的桁架杆存储在机器??人下面的托盘当中。当托盘中所有的桁架杆安装完成以后，托盘将会自动移动到位于机??器人旁边的托盘存储区，以便于下一个托盘为机器人提供搭建用的桁架杆。该装配机构??中装配材料的运输通过摄像头传递给机器人的视觉系统，然后根据摄像头所拍摄的图??像，来引导机器人执行取料动作。当桁架组件被运输至结构附近时，安装机器人开始执??行准确的安装动作。安装的动作顺序是，先组装成桁架，然后在桁架上安装面板。装配??时，主机上有个运行的控制系统可以对整个的装配过程来进行控
?大连海事大学硕士学位论文???轻质桁架结构组成。对于装配大型柔性结构，将采用多个机器人来捕捉和连接大型振动??结构。目前，地面实验己经成功地验证了使用多个机器人的可行性，并且证明了使用多??个机器人的方法能够有效的适用于柔性空间结构的搭建。??图１．９日本空间组装机械臂??Ｆｉｇ．?１．９?Ｔｈｅ?Ｊａｐａｎｅｓｅ?ｓｐａｃｅ?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ??Ｓｋｙｗｏｒｋｃｒ是卡内基梅隆大学制造的第一代用于轨道组装、检查和维护的移动机械??手，如图１．１０所示［３６］。卡内基梅ｇ大学对该机构进行了详细的设计，并对该机构的样??机进行了多次的试验。Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ能够实现吨级别的最大有效载荷量，并且可以进行长??距离的运输。为了最大限度地提高运输的速度和效率，同时使机构输出的力最小，丨用此??Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ采用了连续的步态。这种连续的步态使得Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ机器人能够以侃定的速??度保持巨大的有效载荷，以此提高动力效率。Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ通过机械手来完成行走动作，??对于Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ而言，这是一种简单但有效的行走方式，适合在大型空间设施上进行攀??爬运动。与国际空间站中使用的轨道相比，这种用机械臂攀爬的步行方式对要搭建的大??型空间结构没有显著影响，因此该机构采用这种运动方式作为主要的移动方式。??图?１．１０?ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ?机器人??Ｆｉｇ．?１．１０?Ｔｈｅ?ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ?ｒｏｂｏｔ??Ｉ?－?７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Type synthesis of deployable mechanisms for ring truss antenna based on constraint-synthesis method[J]. Bo HAN,Yundou XU,Jiantao YAO,Dong ZHENG,Luyao GUO,Yongsheng ZHAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(09)
[2]Configuration synthesis of planar folded and common overconstrained spatial rectangular pyramid deployable truss units[J]. Hui YANG,Hongwei GUO,Yan WANG,Rongqiang LIU,Zongquan DENG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(07)
[3]大型网状天线展开过程温度及展开时机分析[J]. 李涛,肖志伟,张筱筱. 中国空间科学技术. 2018(04)
[4]构架式可展开天线自由度与奇异性分析[J]. 胡飞,宋燕平,黄志荣,朱佳龙,刘文兰. 中国空间科学技术. 2018(03)
[5]环形桁架式天线展开不同步现象分析[J]. 陶成,刘丽坤,周志成,田强,邢志钢. 中国空间科学技术. 2015(01)
[6]扭簧驱动空间展开桁架结构分析[J]. 陈务军,董石麟,付功义,周岱,胡继军. 上海交通大学学报. 2000(08)
博士论文
[1]空间可展结构展开过程动力学理论分析、仿真及试验[D]. 赵孟良.浙江大学 2007
本文编号：3585177
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１移动小车式空间在轨组装机构??
?大连海事大学硕士学位论文???（ａ）小车机构示意图?（ｂ）小车机构组装示意图??图１．１移动小车式空间在轨组装机构??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｓｐａｃｅ?ｏｎ?ｏｒｂｉｔ?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｏｂｉｌｅ?ｃａｒ??图１．２机构搭建不同角度桁架??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｔｒｕｓｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｎｇｌｅｓ?ｂｕｉｌｔ?ｂｙ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??Ｗｉｌｌｉａｍ?Ｄｏｇｇｅｔｔ提出了一种利用遥控的工业机器人来进行空间桁架结构装配的机??构［２８］。如图１．３所示，该机构包括一个工业机器人、两个执行终端、三个运动方向和多??个监控摄像头。该机构有一个能够进行旋转运动的底座，用来旋转搭建的桁架机构。该??旋转机构把未完成搭建的桁架部分旋转至工业机器人附近，以方便工业机器人进行桁架??搭建工作。工业机器人可通过运动基座上的两个直线对桁架杆和面板的进行安装。该工??业机器人是一个６自由度的机械臂，，其尺寸为６０英寸，载荷能力为３０磅。在操作中可??以对机器人进行自定义修改，以满足不同的操作需求。搭建桁架用的桁架杆存储在机器??人下面的托盘当中。当托盘中所有的桁架杆安装完成以后，托盘将会自动移动到位于机??器人旁边的托盘存储区，以便于下一个托盘为机器人提供搭建用的桁架杆。该装配机构??中装配材料的运输通过摄像头传递给机器人的视觉系统，然后根据摄像头所拍摄的图??像，来引导机器人执行取料动作。当桁架组件被运输至结构附近时，安装机器人开始执??行准确的安装动作。安装的动作顺序是，先组装成桁架，然后在桁架上安装面板。装配??时，主机上有个运行的控制系统可以对整个的装配过程来进行控
?大连海事大学硕士学位论文???轻质桁架结构组成。对于装配大型柔性结构，将采用多个机器人来捕捉和连接大型振动??结构。目前，地面实验己经成功地验证了使用多个机器人的可行性，并且证明了使用多??个机器人的方法能够有效的适用于柔性空间结构的搭建。??图１．９日本空间组装机械臂??Ｆｉｇ．?１．９?Ｔｈｅ?Ｊａｐａｎｅｓｅ?ｓｐａｃｅ?ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ??Ｓｋｙｗｏｒｋｃｒ是卡内基梅隆大学制造的第一代用于轨道组装、检查和维护的移动机械??手，如图１．１０所示［３６］。卡内基梅ｇ大学对该机构进行了详细的设计，并对该机构的样??机进行了多次的试验。Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ能够实现吨级别的最大有效载荷量，并且可以进行长??距离的运输。为了最大限度地提高运输的速度和效率，同时使机构输出的力最小，丨用此??Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ采用了连续的步态。这种连续的步态使得Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ机器人能够以侃定的速??度保持巨大的有效载荷，以此提高动力效率。Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ通过机械手来完成行走动作，??对于Ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ而言，这是一种简单但有效的行走方式，适合在大型空间设施上进行攀??爬运动。与国际空间站中使用的轨道相比，这种用机械臂攀爬的步行方式对要搭建的大??型空间结构没有显著影响，因此该机构采用这种运动方式作为主要的移动方式。??图?１．１０?ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ?机器人??Ｆｉｇ．?１．１０?Ｔｈｅ?ｓｋｙｗｏｒｋｅｒ?ｒｏｂｏｔ??Ｉ?－?７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Type synthesis of deployable mechanisms for ring truss antenna based on constraint-synthesis method[J]. Bo HAN,Yundou XU,Jiantao YAO,Dong ZHENG,Luyao GUO,Yongsheng ZHAO. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(09)
[2]Configuration synthesis of planar folded and common overconstrained spatial rectangular pyramid deployable truss units[J]. Hui YANG,Hongwei GUO,Yan WANG,Rongqiang LIU,Zongquan DENG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(07)
[3]大型网状天线展开过程温度及展开时机分析[J]. 李涛,肖志伟,张筱筱. 中国空间科学技术. 2018(04)
[4]构架式可展开天线自由度与奇异性分析[J]. 胡飞,宋燕平,黄志荣,朱佳龙,刘文兰. 中国空间科学技术. 2018(03)
[5]环形桁架式天线展开不同步现象分析[J]. 陶成,刘丽坤,周志成,田强,邢志钢. 中国空间科学技术. 2015(01)
[6]扭簧驱动空间展开桁架结构分析[J]. 陈务军,董石麟,付功义,周岱,胡继军. 上海交通大学学报. 2000(08)
博士论文
[1]空间可展结构展开过程动力学理论分析、仿真及试验[D]. 赵孟良.浙江大学 2007
本文编号：3585177
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