六自由度位姿调节机构及在空间可展薄膜相机的应用.pdf

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1、工学硕士学位论文六自由度位姿调节机构及在空间可展薄膜相机的应用6-DOFPOSTUREADJUSTMENTMECHANISMANDAPPLICATIONINSPACEDEPLOYABLEMEMBRANEIMAGER吴英辉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V447+.1学校代码：10213国际图书分类号：621.396密级：公开工学硕士学位论文六自由度位姿调节机构及在空间可展薄膜相机的应用（学术型）硕士研究生：吴英辉导师：郭宏伟副教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:V447+.1U.D.C:621.396DissertationfortheMasterDegreeinEngineering6-DOFPOSTUREADJUSTMENTMECHANISMANDAPPLICATIONINSPACEDEPLOYABLEMEMBRANEIMAGER(Academic)Candidate：WUYinghuiSupervisor：AssociateProf.GUOHongweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Aeronauticsa

3、ndAstronauticsManufacturingEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着空间在轨对地观测对成像要求逐渐提高，高分辨率、高刚度和大口径空间薄膜相机将起到不可替代作用。本文针对对地观测成像需求，开展六自由度位姿调节机构详细设计、分析和地面样机研制。并围绕位姿调节机构在空间薄膜相机中

4、的应用，开展空间薄膜相机系统力学分析、位姿调节精度和范围分析。根据位姿调节机构的设计要求，构型优选并选择Stewart机构作为基础构型，详细设计六自由度位姿调节机构。根据牛顿迭代法进行位姿调节机构的正运动学求解，根据位姿调节机构一、二阶影响系数矩阵法，求解位姿调节机构上平台速度加速度，并与微分法对比。使用ADAMS软件对位姿调节机构进行运动学仿真。基于蒙特卡洛方法求解位姿调节机构可达工作空间、定位姿工作空间和完全工作空间，验证该机构满足调节范围设计要求。考虑轴承间隙和加工尺寸误差，建立六自由度位姿调节机构误差模型，并根据工程参数，计算位姿调节机构上平台误差分布

5、。基于推杆残差方程，构建位姿误差标定模型，并根据最小二乘方法推导位姿调节机构的结构参数标定公式。建立位姿调节机构外载荷与推杆受力关系，计算运动过程中上平台承载情况下，推杆受力变化情况。根据拉格朗日方程，构建位姿调节机构动力学模型，并计算运动时推杆受力变化情况。研制位姿调节机构的地面原理样机，对位姿调节机构样机进行位姿调节功能验证试验，验证位姿调节机构的调节性能。对位姿调节机构进行重复展开精度、运动精度试验，验证误差模型正确性，并进行静刚度试验。这些设计与分析为在轨位姿调节机构设计提供理论支持。基于铰接三角形桁架式伸展臂，提出了丝杠驱动的伸展支撑结构系统，设计主

6、镜和伸展臂系统同步展开的倒锥式空间薄膜相机系统。并对该伸展支撑结构系统建立刚度等效模型，推导计算空间薄膜相机系统刚度与伸展臂结构参数间的关系表达式，并建立在轨系统CAE仿真模型，分析位姿调节机构和伸展臂尺寸参数对空间薄膜相机系统前六阶频率的影响。将位姿调节机构应用于空间薄膜相机的主镜调节中，并分析调节精度和调节范围。关键词：位姿调节机构；误差分析与标定；运动学与动力学分析；空间薄膜相机I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeincreasingimagingrequirementsforspace-to-Earthorbitobserva

7、tions,high-resolution,high-rigidity,andlarge-aperturespacemembraneimagerswillplayanirreplaceablerole.Inthispaper,wefocusontheimagingrequirementsofEarthobservation,andcarryoutdetaileddesign,analysisandgroundprototypedevelopmentofsix-DOFpostureadjustmentmechanism.Inaddition,theapplica

8、tionofthepostureadj