空间望远镜用高精度高刚度并联调整平台设计与测试研究

发布时间：2022-12-09 05:02

　　大口径空间光学望远镜系统中主镜、次镜和三镜之间具有严格的相对位姿要求,由于加工制造误差、装调误差、重力释放、温度变化和材料性质改变等原因,主镜、次镜和三镜之间的相对位姿会发生变化,从而导致望远镜成像质量的下降。因此,需要主动地调整主镜、次镜和三镜之间的相对位姿,将位姿误差限定在允许范围内。为了满足空间光学望远镜次镜和三镜系统的精密位姿调整需求,本文研究一种具有高精度、大负载-尺寸比、高纵向和横向刚度的调整机构。为了满足上述要求,本文设计了一种新型6-P-RR-R-RR并联调整平台。与常见的6-UCU和6-UPS并联平台不同,该调整平台采用偏置RR-铰链代替传统的虎克铰链,并将支腿驱动组件安装在具有30°倾斜角的下平台台面上。该设计在保证平台运动行程的前提下,大大降低了整机高度,有利于提升整机横向刚度。同时,该设计降低了整机运动部件的质量,从而减小由于惯性力产生的对平台有害扰动。与传统虎克铰链相比,偏置RR-铰链的两个旋转轴不相交,存在偏置量,从而有效降低了铰链在转动过程中的的干涉风险,进一步增大了整机工作空间。此外,偏置RR-铰链具有承载能力大,加工装调容易等特点。但由于偏置铰链在六自... 

【文章页数】：160 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究意义
    1.2 国内外相关研究进展
        1.2.1 并联平台的应用研究进展
        1.2.2 望远镜次镜调整平台的研究现状
        1.2.3 六自由度并联平台的运动学研究现状
        1.2.4 并联平台的刚度研究现状
        1.2.5 并联平台的测量方法研究现状
        1.2.6 采用偏置铰链的并联平台的研究现状
    1.3 本论文的主要研究内容
第2章 并联调整平台整机设计
    2.1 引言
    2.2 调整平台结构方案
        2.2.1 结构方案对比
        2.2.2 最终方案确定
    2.3 调整平台构型参数
    2.4 调整平台结构设计
        2.4.3 上平台设计
        2.4.4 下平台设计
        2.4.5 支腿组件设计
        2.4.6 支腿驱动组件设计
        2.4.7 铰链设计
    2.5 元器件选型
        2.5.1 电机选型
        2.5.2 减速器选型
        2.5.3 轴承选型
        2.5.4 滚珠丝杠选型
        2.5.5 导轨选型
        2.5.6 光栅尺和读数头选型
    2.6 加工零部件及材料
    2.7 电子学方案
    2.8 软件方案
    2.9 本章小结
第3章 并联调整平台运动学建模与分析
    3.1 引言
    3.2 结构参数
        3.2.1 自由度计算
        3.2.2 构型参数
    3.3 逆运动学分析
        3.3.1 采用铰点运动约束方法的运动学分析
        3.3.2 采用D-H参数方法的逆运动学分析
    3.4 正运动学分析
    3.5 运动学仿真验证
        3.5.1 逆运动学仿真验证
        3.5.2 正运动学仿真验证
        3.5.3 斜块速度及位移仿真分析
    3.6 速度与加速度分析
        3.6.1 广义坐标向量与广义速度
        3.6.2 上平台的速度和加速度分析
        3.6.3 上铰链点的速度和加速度分析
        3.6.4 支腿各关节运动的速度
        3.6.5 并联平台整机雅克比矩阵
    3.7 本章小结
第4章 并联调整平台力学特性分析
    4.1 引言
    4.2 有限元模型的建立
        4.2.1 材料属性
        4.2.2 有限元模型
    4.3 主要零部件模态分析
        4.3.1 上平台模态分析
        4.3.2 偏置铰链模态分析
        4.3.3 支腿模态分析
        4.3.4 驱动斜块模态分析
        4.3.5 下平台模态分析
    4.4 整机模态分析
    4.5 整机刚度分析
    4.6 本章小结
第5章 并联调整平台测试研究
    5.1 引言
    5.2 零位测试试验
    5.3 逆运动学解测试
    5.4 运动性能测试
        5.4.1 运动分辨率测试
        5.4.2 运动精度测试
        5.4.3 工作行程测试
    5.5 并联平台静刚度试验
    5.6 应力筛选试验
    5.7 本章小结
第6章 并联调整平台优化设计与对比分析
    6.1 引言
    6.2 刚度链分析
    6.3 精度链分析
    6.4 平台优化设计
    6.5 改进平台的零位标定
    6.6 改进平台的刚度测试
        6.6.1 串联支腿链刚度测试
        6.6.2 整机平台静刚度测试
        6.6.3 整机平台动刚度测试
    6.7 改进前后平台性能指标对比分析
    6.8 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 下一步工作计划
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究[J]. 姚建涛,曾达幸,侯雨雷,段艳宾,窦玉超,许允斗,韩博,赵永生.  载人航天. 2016(01)
[2]空间光学载荷六维隔振系统的设计[J]. 杨剑锋,徐振邦,吴清文,李义,陈立恒,顾营迎.  光学精密工程. 2015(05)

博士论文
[1]65米射电望远镜副面调整控制系统设计与控制策略研究[D]. 窦玉超.燕山大学 2014

硕士论文
[1]大射电望远镜精调Stewart平台的测量及其标定研究[D]. 刘红道.西安电子科技大学 2008



本文编号：3714879