基于螺旋理论的四面体可展机构运动特性与动力学分析

发布时间：2025-01-07 04:06

　　 为了解决星载四面体构架式可展开天线运动学和动力学建模分析困难的问题,建立了一种基于螺旋理论的运动学和动力学特性分析方法.首先分析了3RR-3RRR四面体可展机构的构型机理及几何特征,基于螺旋理论绘制了旋量约束拓扑图,计算了机构的自由度,结果表明其只有1个自由度.然后对其进行了运动学分析,通过运动旋量的组合运算分析了各个构件的速度,并推导得到了机构的雅可比矩阵,采用旋量导数表示构件的6维加速度,推导得到了各个花盘和杆件的角加速度与质心线加速度.最后基于牛顿-欧拉方程和虚功原理建立了动力学方程,并进行了数值计算与仿真验证,数值计算结果与仿真结果完全一致,验证了基于螺旋理论的运动学和动力学特性分析方法的正确性.本文的研究方法在分析过程中各参数物理意义明确,分析过程较为程式化,易于编程,适合应用于此类空间可展开机构的分析中.

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图1 3RR-3RRR四面体可展机构

星载构架式空间可展开天线中的3RR-3RRR四面体可展机构单元包括4个花盘、3根腹杆和6根同步杆，如图1所示，3根腹杆长度相同，6根同步杆长度相同，顶花盘所含的3个转动副均布在其周边各个侧面上，底部3个花盘完全相同，结构与顶花盘略有不同，整体机构为空间对称型机构，所含运动副均为转....

图2 3RR-3RRR四面体可展机构简图及坐标系

3RR-3RRR四面体可展机构中，3个腹杆与顶花盘连接的3个转动副轴线所在平面、3个腹杆与底面花盘连接的3个转动副轴线所在平面均与底面平行，同一腹杆两端的转动副轴线相互平行，同一个同步杆中的3个转动副轴线相互平行，且所有同步杆中的转动副轴线与同步杆两端节点的连线垂直，同步杆中的转....

图3 旋量约束拓扑图

式中，0是6维零向量．同理得到，在环路II中闭环旋量约束方程可以表示为

图4 四面体可展机构仿真模型

为验证前述理论分析的正确性，建立了四面体可展机构的3维仿真模型，采用动力学仿真软件ADAMS和Matlab数值计算软件进行数值计算与仿真模拟验证，3RR-3RRR四面体可展机构仿真模型如图4所示．四面体可展机构结构及物理参数见表1.

本文编号：4024472