一种空间光学镜并联指向机构优化设计

目的：针对空间光学镜指向机构高精度、轻量化的特殊要求,提出一种基于球面5R机构的新型空间二维并联指向机构。方法：传统球面5R并联机构存在负载不便安装的问题,通过设计非对称支链形式和特殊连杆结构,有效解决了这一问题。基于机构的运动学分析,以工作空间、灵巧性和承载能力作为优化指标,采用图谱法对机构的结构参数进行了优化设计。采用有限元方法对优化后机构的不同负载布置形式进行模态分析。结果：优化结果表明非对称支链形式机构具有更好的灵巧性指标。设计光学镜负载质心位于球面机构球心处,结构更加紧凑,可以提高机构固有频率,并且能够降低负载运动转动惯量。结论：提出的新型空间光学镜并联指向机构具有良好的综合性能,研究为高精度并联光学指向机构的应用提供了理论基础。     

3-RPS并联机构基于任务空间的优化设计

为了充分发挥并联机构优异的运动学性能.以3-RPS并联机构的任务空间为研究对象,选取任务空间体积、局部传递指标和全局传递指标为性能评价指标.绘制了传递性能图谱,并利用局部传递指标对机构在不同位姿下的性能进行了评价和分析.机构的支链越长,任务空间越大;当动平台和静平台的比例为1:1时,机构的动力学性能最好;当动平台旋转时...     

某航天超光谱成像仪光学指向摆镜系统的模态分析

共振是机械结构设计研究是不可忽视的问题,尤其是在航天领域,卫星发射时会产生主频率在(0-100)Hz振动,为了保证仪器的安全,要求载荷避免发生共振.采用有限元分析软件ANSYS时航天摆镜的结构设计方案进行模态分析,得到了系统前6阶固有振动频率和振型,结果表明摆镜系统在(0～100)HZ以内不会产生共振,达到了设计要求.这些数据还为传动伺服控制系统提供了必要依据.     

空间光谱仪指向机构的力学分析

为了准确分析空间CO2光谱仪指向机构的力学特性,本文根据轴承结构参数,建立了轴承有限元接触分析模型。计算了不同载荷下轴心的位移量,用多项式对计算结果进行拟合得到轴承非线性刚度曲线。在指向机构有限元力学模型中,利用相应刚度的弹簧单元替代轴承结构,经过有限元频率响应分析后获得指向机构的动态特性。仿真实验显示:在重力工况下指向镜的面形在光轴和子午方向分别为19.23nm和19.27nm,满足优于λ/30(均方根值RMS,λ=632.8nm)的设计要求,3个方向基频均大于100Hz。振动试验显示,3个方向基频均优于100 Hz,振动试验后反射镜镜面面形精度为λ/35。分析结果与仿真结果相符,表明利用非线性接触分析方法可以较为准确地求解轴承刚度,同时空间光谱仪指向机构静/动力学性能满足设计要求。     

一类2自由度n-4R并联指向机构的运动学分析

研究一类具有2个转动自由度的n-4R并联指向机构。这类机构具有3条以上的4R支链,在其运动过程中始终存在一个对称面,动、基平台以及各支链的上、下连杆所处平面关于此面对称。从其几何对称特性出发,通过用方位/倾角参数描述机构的姿态(指向),推导出这类机构简洁、统一的运动学模型。在此基础上,分别讨论该类机构伴随运动、工作空间与奇异位形,总结几何结构参数对运动性能的影响。通过一阶运动影响系数在工作空间中的分布研究机构的各向同性,据此对驱动支链的分布进行优化。所得结论可用于指导这一类并联指向机构的设计。     

6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化

以6-RSS型并联机构为研究对象,建立解析形式的反向运动学方程,给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则,推导出每种约束表达与机构参数间关系,特别是复合球副独特的附加约束表达.基于带约束条件的反向运动学方程,利用三维边界搜索法,绘制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图.最后以工作空间体积为优化目标,获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线,为定量分析影响效果提供解决途径,最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数,在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%,达到优化机构参数的目的.     

六自由度并联柔性机构设计分析与优化

从自由度和约束角度进行机构设计与分析的螺旋理论,是柔性机构设计的重要方法之一。基于螺旋理论设计了一种六自由度的全柔性微动平台,并利用有限元分析软件对其进行相应的位移、应力和模态分析。通过平台的有限元分析,获取影响平台的主要结构参数,并将其作为柔性铰链的优化设计参数,为新型多自由度柔性机构的设计提供借鉴。     

星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计

为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用,提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案,并研制出原理样机、完成相关试验验证.本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求,分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点,完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计;其次通过有限元方法对指向机构进行动...     

基于拓扑优化的3-PRPR全柔性并联机构设计及分析

全柔性并联机构具有分辨率高、运动灵活、动态特性好等优点,但其构型设计往往不能满足微定位和精密加工制造领域的需求。基于并联机构原型,以几何约束为条件,设计出与并联机构原型空间运动特性一致的3-PRPR全柔性并联机构。利用Hyperworks软件行拓扑优化,设计出优化后的3-PRPR全柔性并联机构。分别对这两种3-PRPR全柔性并联机构进行有限元及模态分析,仿真结果表明:在实现相同运动特性的前提下,优化后的3-PRPR全柔性并联机构不仅节省材料,而且在刚度和抗振性方面更优于优化前的机构。     

3自由度平动并联机构结构参数的优化

由于 3自由度平动并联机构结构参数的选取对运动平台的工作空间以及并联机构的运动灵活性都会产生影响 ,所以如何选取结构参数是一个很重要的问题。本文求解了当运动平台的工作空间达到指定的范围的基础上 ,运用MonteCarlo方法使得运动灵活性和尺寸值达到最优的结构参数。     

空间开环机构综合及其位置结构优化

本文提出了操作手的结构综合方法,着重对操作手的位置结构进行了尺度综合。以工作空间为优化指标,得到了三自由度位置结构各种类型所对应的最优结构参数。     

5自由度4-SPRR-SPR并联机构的运动学与工作空间分析

以一种以转轴为动平台的5自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,运用螺旋理论对4-SPRR-SPR并联机构进行自由度分析,利用矢量法建立并联机构的逆运动学方程;对运动副约束进行详细分析,利用三维边界搜索法得到该机构的定姿态以及动姿态工作空间。研究表明,该机构的工作空间具有对称性、内部无空洞、截面形状规整等优点;同时,以工作空间体积为优化目标,获得运动副约束与工作空间体积的影响曲线,得到了支链移动副移动范围为影响工作空间的最大因素。该机构在复杂空间曲面的零件切削加工、打磨等方面有着良好的应用前景。     

三自由度拟人并联机构的尺度参数优化研究

为提升并联机构的运动学与静力学综合性能,提出了一种基于空间模型技术的并联机构多目标尺度参数优化方法。首先,根据人机工程学设计了一种2-PUS/RS三自由度并联机构,并基于螺旋理论分析了机构2种类型支链的自由度,计算了并联机构的自由度;采用欧拉角描述了动平台姿态,推导了机构的位置反解;在肘、腕关节的转动副和驱动器约束条件下,利用搜索法得到了机构的工作空间;然后,定义了角速度传递、角速度各向同性性能评价指标,绘制了评价指标在工作空间中的等高线分布图;最后,利用空间模型技术无量纲化尺度参数,绘制了各项全域性能图谱,并采用加权求和法对其进行了多目标参数优化,得到了机构的最优结构参数。研究结果表明:优化后机构的各项指标大幅提升,全域角速度传递性能、力矩传递性能和各向同性性能分别提高了16%、80%、40%,验证了该尺度参数优化方法的有效性。     

星载天线指向机构指向精度及速度稳定度的测量

以星载天线指向机构为研究对象,分析了以往测量方法的不足,提出了一种非接触式测量方法,解决了传统测量方法中部分机构指向精度和速度稳定度测量困难的问题,为星载机构精度测量添加了一种新的测量手段,同时以某一星载天线指向机构为例进行了实测和数据分析,结果表明该方法简单有效。     

考虑综合性能的平面3-RRR并联机构优化设计

为得到具有良好综合性能的平面3-RRR并联机构,提出一种简单、快捷的优化设计方法。首先,将平面3-RRR并联机构的尺寸进行无量纲化,建立设计空间平面图。其次,在设计空间中分别作出机构的全局条件数、全局速度以及全局刚度三个性能指标的性能图谱,分别对三个指标的性能图谱进行分析。最后,根据三个性能指标的性能图谱确定多目标优化的权系数以及约束方程,从而建立优化模型,运用基因算法完成优化。结果显示,该方法能够达到优化目标。     

星载天线指向机构误差分析与建模

探讨了星载卫星天线指向机构误差源,结合方位-俯仰型天线座建立误差模型,并分析不同误差因素对天线指向精度的影响,从而为该种天线座的设计精度要求提供了理论依据。同时,该研究思路与方法也可用于其他多轴机构的误差分析,具有一定的实际意义。     

3-CPR并联机构的设计与工作空间优化

提出一种可以实现三维平动的新型正交三自由度并联机构3-CPR。用ADAMS建立虚拟样机对该机构进行运动学仿真实验,表明该机构具有良好的运动学性能。采用搜索法求解机构工作空间,用遗传优化算法对机构工作空间体积进行优化,得到工作空间体积取最大值时机构的尺寸参数。3-CPR并联机构用移动副作为驱动副,具有结构简单、刚度大、输出力大等优势。工作空间的优化结果对该机构在实际应用中具有重要的参考价值。     

绳牵引并联机构的工作空间优化

采用一种简单的绳拉力计算算法,提出比例系数、质量系数和全局质量系数来衡量工作空间的大小和形状。并针对1个CRPM和1个RRPM的3R3T绳牵引并联机构,比较其动平台处于同一主位姿时工作空间的大小和形状。结果表明:CRPM的平动工作空间比RRPM的大,而转动工作空间比RRPM的小;CRPM的转动工作空间的全局质量比RRPM的大,而平动工作空间的全局质量比RRPM的小。可见,可根据预定的工作空间的大小和形状,通过改变构型配置和机构尺寸来获得优化的构型。     

三自由度3-RPUR并联机构性能指标分析及优化设计

基于性能图谱对一种具有良好性能的3-RPUR并联机构性能指标进行了研究,并对机构进行了优化设计。首先建立该并联机构的空间模型,然后绘制了该机构的可达工作空间、全域条件数和全域速度的性能图谱,并对其进行了分析。根据分析结果,可以按照不同的工作需求来优化机构的结构参数。最后以将该机构应用于搬运机器人为例,基于性能图谱对该机构进行了优化设计。     

带指向机构二自由度机械臂的运动学分析

机械臂的正运动学以及逆运动学一直是机械臂研究领域的基础以及关键性问题,这里针对于一种带指向机构的二自由度机械臂,提出了一种基于几何法的运动学分析,根据机械臂的结构特点和运动约束,对机械臂的运动学进行分析,建立了该类型机械臂的运动学模型,通过几何方法得到了以关节角度为变量的运动学模型,并在理论推导的基础上编写该机械臂的分析界面,仿真验证了正运动学模型以及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂指向机构的精确定位以及轨迹规划。