新型六自由度副镜支承机构的研究

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1、中图分类号：TP242.2论文编号：102870318-SX035学科分类号：080402硕士学位论文新型六自由度副镜支承机构的研究研究生姓名程颖学科、专业测试计量技术及仪器研究方向并联机器人技术指导教师杨德华教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonaNew6-DOFParallelMechanismfortheSecondaryMirrorinTelescopesAThes

2、isinMeasuringandTestingTechnologiesandInstrumentsbyChengYingAdvisedbyProf.YangDehuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用

3、过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要天文望远镜作为一种高精密仪器，对主镜与副镜的相对位姿有非常严苛的要求。主副镜的光轴出现偏离或倾斜，将影响望远镜的指向跟踪精度和光学系统的成像质量。因此，天文望远镜中常采用精度高且承载能力好的六自由度并联机构作为副镜的支承装置，以支撑副镜重量并调整副镜的位姿，使主副镜光轴的位姿偏差控制在允许的精度范围内。本文依据实际需求，提出一种新型的3SPS

4、+3(SP-U)六自由度微动并联机构作为副镜的支承装置。这种新型的六自由度并联机构与传统六自由度并联机构的主要区别在于实现了三个平动自由度与三个转动自由度之间的解耦，具有良好的重复精度与运动学性能。在设计的3SPS+3(SP-U)机构拓扑结构的基础上，分析了该结构的奇异位置，建立了逆运动学与正运动学的数学模型，完成了运动学分析和数值仿真，验证了机构的平转解耦性能。根据3SPS+3(SP-U)机构的结构特点和样机设计需求，本文提出并实现了两种柔性铰链，并采用柔度矩阵法分析了柔性虎克铰的静刚度问题，得到了其刚度矩阵；基于铰链转角、支链直线位移、构件干涉等约束条件，采用搜

5、索法分析了虚拟样机的位置可达工作空间和姿态可达工作空间；建立了实验样机控制系统及控制系统软件，提供了位置正反解等专用功能用于样机性能测试。最后，借助激光跟踪仪对实验样机的精度及其位置可达工作空间和姿态可达工作空间等性能进行了测试，得到样机的极限平动位移误差为85m，极限转动位移误差为33.9″，同时得到样机沿三根轴的平动位移范围可达±3mm，在初始位置处绕三根轴的转角范围可达±1°；并采用激光位移传感器测量了该实验样机的重复定位精度，得到样机的平动重复定位精度为0.2m，转动重复定位精度为0.2″。关键词：并联机构，运动学分析，虚拟样机设计，运动控制，运动测量I

6、新型六自由度副镜支承机构的研究ABSTRACTAsahigh-precisioninstrument,anastronomicaltelescopeisverystrictlyrequiredmaintaintherelativepositionsofitsprimarymirrorandsecondarymirror.Iftheopticalaxisoftheprimaryandthesecondarydeviatesthetelescope’strackingaccuracyandopticalsystem’simagingqualitywillbedegrad

7、ed.Atpresent,astronomicaltelescopesoftenusesix-DOFparallelmechanismtosupportandadjustthesecondarymirror,soastocontrolthedeviationoftwoopticalaxeswithinanallowablerange.Inthispaper,anovelsix-DOFparallelmechanismforthesecondarymirrorsupportsystemofastronomicaltelescopeshadbeenresearche