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《空间光学遥感器运动学支撑方案设计和研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、空间光学遥感器运动学支撑方案设计和研摘要：设计了空间光学遥感器的运动学支撑方案，以解决遥感器的安装和精密定位。首先介绍了约束螺旋理论，主要包括螺旋的概念，修正的KG公式及公共约束和冗余约束的物理意义。然后提出了3RRR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较间隙，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。最后运用欧拉公式优化杆件结构，优化后支撑杆件采用空心矩形截面，在不影响运动副工作的同
2、时缩短杆件长度，增强支撑结构的稳定性，完成空间遥感器运动学支撑方案设计。实验结果表明：遥感器沿各轴位移都在0.01mm数量级，绕x,y,z轴转角分别为3.95〃，1.86〃，1.81",该方案满足了对空间光学遥感器的支撑和定位要求。关键词：遥感器；自由度；约束；螺旋理论；运动学支撑中图分类号：TH122文献标识码：Adoi：10.3969引言空间光学遥感器的支撑结构将遥感器安装在飞行器的机体上，是连接遥感器与飞行器的机械部件，也是影响成像质量的重要因素。为满足光学系统的成像要求，其设计应实现遥感器自由度全约束，保证光轴指向，同时需要隔离或降低机体平台精度对遥感器性能的影响
3、。在飞行器的发射和在轨运行中，机体平台会产生相对位移，如果采用刚性支撑结构的安装形式，相对位移会引发遥感器较大的结构内应力而导致其形变，降低成像质量。鉴于上述条件，支撑结构应尽量降低由机体平台相对位移施加于遥感器的应力值和应变值。所以，空间光学遥感器的支撑结构设计广泛地采用运动学支撑方案［14］。在运动学定位支撑结构的设计中，过约束容易引起残余应力、发生形变、降低成像质量，对构件加工的精度和成本提出了更高要求。通过合理的设计，可以减少甚至消除过约束，降低由于加工和装配误差引起的内应力［56］o为保证各运动副正常工作，合理的间隙也是可以存在的，但是会对定位精度产生一定的影响
4、。在遥感器的支撑方案中，间隙的影响是不能忽视的。运动学设计理论发展已久，比较著名的有精确约束设计，自由度约束拓扑理论和约束螺旋理论等［7］。基于运动学设计理论的机械结构具有运动确定、重复精度髙和元件变形小等优点，广泛用于运动学联接及精密定位平台等。进入新世纪以来，许多新的运动学设计理论不断地被提出，应用这些理论解决了大量的工程问题［812］o文中采用约束螺旋理论对空间光学遥感器的运动学支撑设计方案展开分析。图1线矢Fig.ILinevectorl约束螺旋理论简述[1112]1.1螺旋的概念如图1所示，空间一条被直线约束的矢量称为线矢量或是节距为零的螺旋，其位置和方向由矢量
5、S和线距SO决定，S与SO正交。线矢量的Plucker坐标即(S；SO),表达式为：$=(S；SO)=(S；rOXS)二(1,m,n；p,q,u)(1)光学仪器第35卷第1期李炳强，等：空间光学遥感器运动学支撑方案设计与分析一般情况下，对任意螺旋$=(S；SO),其中,S=rOXS+hSO,h即为螺旋的节距。节距为零时螺旋便退化为线矢，在运动螺旋系中表示转动副，在反螺旋系中表示约束力。所有空间运动副都可以用螺旋来表达。1.2修正的KG公式修正的KutzbachGriibier公式表达为：M二d(n-g-1)+Zgi=lfi+v-^(2)M表示机构的自由度；n表示包括机架的
6、构件数目；g表示运动副的数目；fi表示第i个运动副的自由度；v表示并联冗余约束数；乙表示局部自由度数；d表示机构的阶，也称为公共约束因子。d=6-X(3)入为机构的公共约束数。1.3公共约束和冗余约束(1)公共约束并联机构一个分支中的所有运动副形成的螺旋构成一个分支螺旋系，对应此分支螺旋系有一个分支反螺旋系，即分支约束系，它反映了分支约束系统对平台的结构约束。运动平台承受了所有分支的约束螺旋，它们构成平台的约束系，决定了平台)$r3=(0,sina,cosa；0,-rsinBcosa,-rsinBsina)(7)工作平台的自由度为：M=d(n-g-1)+=gi二lfi+v
7、-乙二3X(4-3-1)+3=3(8)观察这个反螺旋系，三个反螺旋均为线矢，带来三个有效约束，共约束了工作平台沿x轴的转动，平动，以及在y-z平面内沿着(sina,cosa)方向的平动，平台还具备三个自由度。计算分支螺旋系II为：$4=(0,-sina,cosa；a,0,0)$5=(0,cosa,sina；rcosB,-rsinPsina,rsinBcosa)$6=(0,-sina,cosa；Rcos0,-Rsin0cosa,-Rsin9sina)(9)可求得分支螺旋系II的分支反螺旋系为:$r4=(0,0,0；1,0,0)$
