大口径望远镜次镜调整机构的设计及研究

CIOMP OpenIR

	大口径望远镜次镜调整机构的设计及研究
	贺磊
学位类型	硕士
导师	陈立恒
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	大口径望远镜次镜 Stewart平台精度分析结构设计
摘要	望远镜是人类在探索宇宙和遥远星空的道路上用到的关键工具。国内外对于大口径,大分辨率的望远镜的研究力度都在不断加深。望远镜的核心部件有主镜和次镜,个别的还有三镜。在望远镜成像过程中,受到重力、振动、环境等因素的影响,主次镜间的相对位置变化对整个系统的成像效果影响很大,所以必须设置调整环节。综合考虑功耗,便携性等因素,一般采用调整次镜的方式。本文以所内某φ4m量级大口径地基望远镜为研究背景,对其次镜调整机构的设计开展相关研究。本文设计的次镜调整机构结构形式采用6-RRRPRR构型。首先利用牛顿-拉弗森(Newton-Raphson)法和矢量分析法推导出了次镜调整机构的逆运动学模型,然后又利用最小二乘法和牛顿-拉弗森(Newton-Raphson)法对调整机构的正运动学进行了阐述。考虑到望远镜主次镜间的位姿误差要求的精度范围,次镜调整机构的设计必须满足比较高的精度要求。通过建立等效位姿误差模型,对次镜调整机构构型进行了基于蒙特卡洛法的精度分析,从理论上验证了本文设计的次镜调整机构能够满足精度要求,证明了机构构型的合理性,并得到了位姿误差的标准差结果。在理论构型设计完成之后,通过元器件选型,单足位移促动器的设计和偏置铰链的设计及优化,上下平台的设计及轻量化处理等,完成了次镜调整机构的三维建模。整个结构设计过程中主要有两个设计亮点:一是首次采用小导程行星滚柱丝杠,结构紧凑、刚度高、负载大。二是使用自己设计并改进的偏置胡克铰链,有效地提高了铰链刚度。最后也对电气系统进行了较为详细的设计。次镜调整机构有着比较严格的刚度要求,首先对机构进行仿真分析,包括刚度分析和极限工况下的静力学分析,分析结果满足设计要求。而且通过分析对比,也证明了相比普通滚珠丝杠,本文选择采用行星滚柱丝杠确实对刚度有很大程度的提升作用。最后对次镜调整机构做了一个简单运动学性能测试。结果表明,测试值和程序里的输入值误差很小,说明了次镜调整机构的控制算法的正确性,也证明了本文构型和结构设计的合理性。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61565
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	贺磊. 大口径望远镜次镜调整机构的设计及研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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大口径望远镜次镜调整机构的设计及研究.c（6254KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文