空间三自由度柔顺并联机构设计与仿真分析

刚体替换法是柔顺机构设计重要方法之一。基于刚体替换理论,选取合适的空间机构构型,选用合适的柔性铰链替换刚性运动副,依据KutzbachGrubler理论计算空间并联机构自由度,进而设计了一种三自由度柔顺并联机构微动平台。利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对柔性支链和微动平台进行位移和应力分析,并得到动平台输出端节点位移数据,验证了三自由度柔顺并联机构的运动精度满足设计要求。通过分析获得的参数为多自由度柔顺并联机构优化提供了参考,同时可为多自由度柔顺并联机构设计提供借鉴。     

柔性压电式微位移机构在精密机床定位中的应用研究

研究、设计了一种柔性压电式微定位机构。此机构采用压电陶瓷作为微位移驱动器,柔性铰链为导向机构,对丝杠螺母传动的精密机床工作台的运动位置进行自动补偿,实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计及参数分析,并应用于精密机床中进行定位精度测试。实测结果表明,采用柔性压电式微位移机对精密机床工作台二次精定位,可使工作台定位精度提高到0.01μm,可满足精密、超精密加工需要。     

望远镜主镜柔性侧支撑机构设计研究

侧支撑是大型望远镜主镜支撑的关键技术之一,侧支撑机构具有结构复杂、精密性高、运动量微小、无污染等特点,其性能优劣直接影响望远镜的成像质量甚至主镜自身安全。相比于传统机械式铰链机构,柔性结构具有体积小、无摩擦、无间隙以及无需润滑等优点,更加适用于大型望远镜主镜侧支撑机构。本文通过对柔性结构柔度矩阵的分析,利用等效弹性模量方法降低柔性结构设计及分析难度;针对一种基于运动学平衡原理的柔性侧支撑方式,通过等效弹性模量方法优化柔性结构尺寸,以满足大型望远镜主镜对于侧支撑机构的面形精度、定位精度、热匹配能力、固有频率的技术要求。     

基于柔性铰链放大的压电叠堆泵

基于压电和精密驱动技术,利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机,进行了试验研究。分析了压电叠堆Tokin AE0505D16的滞环特性,从理论上研究了该压电叠堆的刚度特性和快速响应特性。设计制造了用于位移放大的柔性铰链放大机构,对柔性铰链放大机构扭转变形和转角刚度的影响因素进行了理论分析,确定了所设计的柔性铰链放大机构各结构参数;测试了柔性铰链放大机构在不同电源激励下的动态响应、幅频特性、迟滞特性、输出力与输出位移特性,得出了影响放大机构放大倍数和输出特性的因素。利用有限元分析软件对放大机构进行了分析,进一步验证了放大机构的可行性和安全性。通过改变试验参数(电压、频率),对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了输入电压、输入频率对泵输出流量和输出压力的影响程度。     

基于ITO图形短路检测仪的精密运动平台的设计与分析

随着现代制造技术的飞速发展,对精密运动平台的精度性能要求越来越高.通过对机架结构和驱动方式的对比分析,以及对滚动导轨和滚珠丝杠的选型分析,设计出了可供使用的ITO图形短路检测仪精密运动平台.重点分析了滚动导轨的位移分辨率,提出了提高工作台位移分辨率的主要措施.对比了工作台配磨前后的精度,并将其运用到实际的生产设备中,得出了精度的实验数据,证明了该运动平台的精度符合设计要求,验证了该平台的可实用性,对以后进行大尺寸、高精度运动平台的研究奠定了基础.     

一种新型超磁致压电混合精密位移机构的研究

为了研究大步距高精度精密位移机构,利用超磁致伸缩材料和压电陶瓷材料在驱动原理和使用方法上的相似性,提出一种超磁致伸缩材料与压电叠堆组成的混合驱动精密位移机构,介绍了机构运动原理及控制方式,制作了试验样机.测试表明,所研制的混合精密位移机构能实现双向可控运动,单步前进最大位移可达20μm,调节驱动电压可控制单步位移量,能满足大步距、高精度的驱动要求.     

一种三自由度并联驱动平台机构的空间位置解算和分析

介绍了一种三自由度并联驱动平台机构的空间结构和空间运动姿态的位置解算法，并分析了该结构平台在运动过程中所产生的附加运动，该三自由度并联驱动平台的三个支撑点采用直角三角形分布，经推算，和其它三点支撑的并联驱动平台相比，该三自由度并联驱动平台结构只产生绕z轴的附加运动，具有结构简单，易实现的优点。计算表明，所产生绕z轴的附加运动和独立的运动变量相比，其值很小，在实际应用中可明显提高运动的仿真效果，并且，应用的算法具体，简单快捷，可提高解算速度和微机时控制中的反应速度，具有直接的应用价值。     

基于显微视觉的宏/微双重驱动微动台的自动标定

提出了基于压电技术的微操作系统的自动标定方法,采用混合式步进电机直接驱动的宏动平台,实现系统大行程宏动定位,安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动的微动平台和精密光栅,实现亚微米级的分辨率和定位精度,通过以上两部分实现定位机构的全闭环反馈控制,采用显微视觉反馈获取微动台操作器在图像中的位置信息进行标定。实验结果表明:系统的动态和稳定性能良好,自动标定运算速度快,运行速度达到11 frame/s,实现了对系统的精确标定,标定精度达到0.1μm。     

地平式望远镜像旋问题研究及消旋K镜设计

针对2m地平式望远镜系统的视场旋转问题,设计了K镜消旋方案。首先,通过对地平式望远镜物方视场旋转及像方视场旋转的分析,给出了K镜组件的消旋速度。其次,对K镜结构进行了详细方案设计,K镜子反射镜采用三点柔性支撑方式,避免在K镜装调过程中对反射镜面形精度产生影响。最后,通过仿真分析,K镜支撑结构具有较好的动态刚度,仿真实验中将柔性支撑与非柔性支撑结构进行对比,结果表明柔性支撑结构可以明显降低温度变化对K镜子反射镜面形精度的影响。     

白光干涉轮廓仪工作台的设计及有限元分析

研究开发了一种能实现大量程位移和纳米级定位精度的一维位移工作台。工作台采用了粗、精2级定位机构,以精密衍射光栅传感器组成工作台位移的闭环检测系统。文中对由压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的精定位机构进行了力学建模分析,并对其进行了有限元仿真运算。设计的工作台已成功应用于白光干涉轮廓测量仪,文中给出了轮廓仪部分测量结果。     

基于ISIGHT平台的大型空间望远镜主镜主动光学系统研究

为了实现大型空间望远镜的高成像质量,建立了主镜主动光学系统模型。对主镜面形校正的算法、主镜面形校正的精度以及主镜面形校正能力等进行研究。首先,对主镜面形校正的算法进行研究。对主镜的镜体结构和支撑方案进行设计,建立了主镜有限元模型。构造了单位主动力矩阵和主镜面形响应矩阵。采用广义逆矩阵法求得了主镜面形校正矩阵。接着,采用多学科分析平台Isight建立主镜面形校正精度模型,以慧差为例,分析了主镜面形校正的准确性。最后,采用Isight平台建立了主镜面形校正能力分析模型,以低阶像散为例,分析了在促动器最大调整力为100N时,主镜面形的校正能力。分析结果表明：主镜慧差的校正精度为4%;力促动器能校正0.467个波长的像散。主镜面形校正算法及模型基本准确,可用来进行主镜面形校正。     

面向微操作的组合式微夹持器

基于宏微结合的设计思想,提出一种组合式微夹持器结构.采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动,采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动.介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析.在此基础上,开发微夹持器宏微控制系统,实现了微位移闭环控制.测试实验表明,该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点.     

航天器对接试验台三轴姿态调整锁定机构研究

针对航天器特性、试验台系统技术要求及对接初始姿态设定的要求,研制了一套三轴姿态调整锁定机构,实现调整过程简便、解锁迅速、质量轻、安全可靠、精度高．采用D—H坐标系建立了动力学模型,进行了初始结构和驱动参数设计．在此基础上,应用虚拟样机技术对机构进行了设计可行性验证及进一步参数优化．仿真表明根据空间机构原理设计的三轴调整锁定机构能够达到指标要求的运动空间,无运动死点,结构合理,空间对接前解锁迅速．以驱动力作为优化目标,通过敏感度分析,确定了合理的优化结构参数,使机构所需驱动力下降了7．8％,并且转臂和连杆结构质量轻、安装灵活方便．     

6腿支撑液压式平台自动调平算法

为了实现6腿支撑液压大吨位平台的计算机控制自动调平，参照Stewart并联机构，将高次静不定平台结构转化为静定结构。通过对平台机构运动学和动力学分析，得到关于平台腿长、液压缸速度、加速度、驱动力的计算机参数化调平算法。基于测量结果，给出平台自动调平的运动规划。算例表明，算法正确，调整过程合理，参数化自动平算法既可作为调平闭环控制的依据，也为平台液压缸的结构设计、功率选择提供了定量参考。     

Whiffletree结构中的柔节设计

针对某空间遥感器大口径反射镜采用的复合支撑结构的定位、解耦和释放热应力需求,设计了一种空心圆柱切槽式的柔节。根据该柔节在支撑结构中的功能,采用传统材料力学公式和有限元仿真相结合的手段开展柔节结构件的设计。该柔节可以约束沿柔节轴向的自由度,释放垂直轴向的方向的自由度,该柔节结构简单,并且很实用。采用有限元和试验的方法,对柔节在设计载荷下沿轴向的变形量和径向的变形量进行了仿真和测试,沿轴向的变形量为0.002mm,沿径向的变形量为0.113mm,该柔节满足支撑结构的解耦要求。     

4TPS-1PS四自由度并联电动平台动力学建模与位姿闭环鲁棒控制

4TPS-1PS四自由度并联平台是针对稳定跟踪系统需要而设计的一种新型并联机构,具有3个独立的转动自由度和1个移动自由度.对该新型并联平台进行运动学分析,将其分为上平台、电动缸、从动支链3个部分,利用拉格朗日方法建立了完整动力学模型,在此基础上提出一种适用于该并联平台的位姿闭环鲁棒控制策略.采用该并联平台特有的实时正解得到上平台实际位姿进行反馈,将平台作为一个整体进行控制,在任务空间内设计滑模变结构控制器,进行两自由度复合运动控制实验.结果表明,该控制策略是有效的,提高了平台的轨迹跟踪精度,平均位姿跟踪精度优于0.05°.     

一种新型稳定平台的运动学和工作空间分析

针对某些精密设备在运输过程中的颠簸、倾斜等问题,设计了一种采用液压缸驱动方式的水平稳定平台,并对该平台进行了结构、运动学分析,计算出了机构运动的自由度,建立了运动学数学模型,使用Matlab软件对机构进行了仿真计算,为伺服液压缸的设计计算提供了依据。通过对工作空间的分析,得出了稳定平台的工作空间范围。仿真结果表明,该稳定平台不存在干涉现象。     

各半调节法的分析与运用

本文分析了分光计实验中的两个问题：①根据平面镜反射原理,用几何学方法,从理论上对各半调节法进行了分析,从而揭示了各半调节法的实质．②根据平行平面镜两面反射“＋”字像的不同情形,选择最佳调节方法,以尽快使望远镜轴线垂直于仪器主轴