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

doi:F9C3C53399745D19797695A287C422C7

	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
	韩哈斯敖其尔
学位类型	博士
导师	徐振邦
	2019-06-01
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)
关键词	6-P-RR-R-RR运动链偏置RR-铰链运动学刚度重复性
摘要	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由度并联平台运动学模型中引入了额外的变量,从而使平台运动学问题变得更加复杂。本文分别采用铰点运动约束方法和串联机构D-H参数方法建立了该并联平台的逆运动学和正运动学数学模型,并采用牛顿-拉普拉森数值迭代方法进行了求解。利用MATLAB和ADAMS联合仿真方法,验证了两种运动学数值求解方法的正确性。本文通过力学有限元仿真分析方法,研究了该并联调整平台的主要零部件及整机力学特性,并利用PATRAN软件进行模态分析,确定了各主要零部件及整机的基频以及模态振型,为进一步结构优化设计提供依据。本文还对所设计的并联调整平台开展了试验研究。通过多自由度精密测量臂测量确定了并联平台的零位。采用六个高精度光栅长度计搭建了试验平台,并利用该试验平台验证了逆运动学解,同时还测得了并联平台的运动分辨率和重复运动精度。采用激光跟踪仪对该并联平台在六个方向上的运动行程进行了测量。此外,还对并联平台开展了静刚度和动刚度测试研究。为了进一步提高平台刚度指标,对平台开展了力传递链分析和力学特性有限元仿真分析,确定了影响平台刚度指标的主要环节。本文对整机构型、RR-R-RR串联支腿链的布局、支腿和铰链等转动部件、上平台和斜块等关键零件等进行了优化设计,并调整了加工和装调工艺。此外,为了进一步提高精度指标,对铰链和支腿设置了安装基准,并改进了上平台零位标定方法,利用下平台的本体几何特征线作为测量基准,从而精确确定支腿驱动斜块位置,保证平台实物零位与理论零位的一致性。对改进前后的并联调整平台的重复定位精度、静刚度和动刚度等主要技术指标实测值进行对比,验证改进设计的合理性和有效性。本文所开展的研究工作为高精度高刚度并联调整机构的设计和测试试验方法提供参考,为未来我国大口径空间望远镜系统的研究工作提供技术和经验积累。
页数	160
DOI	F9C3C53399745D19797695A287C422C7
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63855
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	韩哈斯敖其尔. 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[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),2019.

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