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空间光学遥感器运动学支撑方案设计与分析

作　者: 李炳强
导　师: 何欣
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 遥感器自由度约束螺旋理论运动学支撑
分类号: V443.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
引　用: 0次
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内容摘要

空间相机支撑结构对相机具有支撑定位和安装的功能,是相机整机系统中一个十分重要的机械组件,卫星平台的力学激励正是通过支撑结构传输到空间遥感相机上。其结构设计的优劣是保证相机成像质量的关键。空间遥感器的运动学支撑结构必须具备良好的运动学精度和动力学性能。论文设计了空间光学遥感器的运动学支撑结构,以解决遥感器的安装和精密定位。全文内容主要从以下几个方面讨论：1,介绍了支撑方案设计中所采用的运动学设计理论——约束螺旋理论,主要包括螺旋的概念,修正的K-G公式,约束和自由度的求解方法以及公共约束和冗余约束的物理意义。因为本文的运动学设计部分是基于约束螺旋理论展开的,为了准确说明支撑结构运动自由度和约束的情况,有必要对该理论进行简单的介绍。2,提出了3-RRR空间并联机构的运动支撑方案,采用约束螺旋求解法分析理想状态各支撑部分支对工作平台的自由度约束问题,以及各分支运动链共同作用到工作平台后产生的公共约束和冗余约束,引入实际情况中的微米级铰间隙,分析其对自由度分配的影响,比较理想情况和实际含间隙情况下工作平台具备的过约束数目的差别。3,从密度、泊松比、弹性模量、抗拉强度等方面选用合适的航天材料设计了支撑组件的结构。运用材料力学相关公式校核支撑组件的强度。一些支撑组件采用空心矩形截面,在不影响运动副工作的同时缩短杆件长度,增强支撑结构的稳定性。实验结果表明：遥感器沿x,y,z轴的平动位移分别为0.048mm,0.046mm,0.042mm,绕x,y,z轴转角分别为3.95“,1.86“,1.81”。4,以计算机模拟分析和实验两种方式研究支撑结构的动力学特性,理论分析部分采用Hertz弹性接触理论计算非线性接触边界条件,而支撑组件的柔性变形则采用修正的Craig-Bampton方法模拟,运用带有乘子的Lagrange第二方程建立系统的动力学计算模型。采用ADAMS软件进行模拟分析,然后再采用实验的方式研究支撑结构的动态特性。通过对正弦激励和随机激励的频率响应,求解出共振频率及放大系数,计算出支撑系统各方向的固有频率。实验结果表明,该运动学支撑结构同时具有良好的运动学精度和动力学性能,完全可以达到运动学和动力学要求。该方案满足了对空间光学遥感器的支撑和定位要求。论文提出的运动学支撑方案具有独创性,对类似的运动学支撑结构设计具有重要的参考价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-12
第1章绪论  12-26
  1.1 引言  12-13
  1.2 本文研究的内容及意义  13-14
  1.3 国内外发展现状  14-22
  1.4 课题来源概述  22-23
  1.5 本文所采用的技术手段  23-25
  1.6 本章小结  25-26
第2章遥感器的运动学支撑方案  26-48
  2.1 引言  26
  2.2 运动学设计的提出和进展  26-30
  2.3 约束螺旋理论简述  30-36
  2.4 运动学支撑结构模型  36-38
  2.5 自由度分解  38-45
  2.6 本章小结  45-48
第3章支撑组件结构设计  48-64
  3.1 引言  48-49
  3.2 构件轻量化及连接设计  49-52
  3.3 稳定性及刚度设计  52-55
  3.4 静载强度校核  55-59
  3.5 支撑结构运动学精度  59-63
  3.6 本章小结  63-64
第4章支撑结构动态特性分析  64-86
  4.1 引言  64-66
  4.2 理论研究  66-74
  4.3 实验分析  74-84
  4.4 本章小结  84-86
第5章总结与展望  86-88
  5.1 论文总结  86
  5.2 本文的创新点  86
  5.3 下一步研究工作展望  86-88
参考文献  88-90
在学期间学术成果情况  90-91
指导教师及作者简介  91-92
致谢  92

空间光学遥感器运动学支撑方案设计与分析

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