太空望远镜主镜系统在轨装配研究

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1、硕士学位论文太空望远镜主镜系统在轨装配研究RESEARCHONSPACEASSEMBLYOFPRIMARYMIRRORSYSTEMFORSPACETELESCOPE郝子然哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP241.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文太空望远镜主镜系统在轨装配研究硕士研究生：郝子然导师：刘宏教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：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ClassifiedIndex:TP241.3U.D.C:621Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSPACEASSEMBLYOFPRIMARYMIRRORSYSTEMFORSPACETELESCOPECandidate：HaoZiranSupervisor：Prof.LiuHongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June

3、,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前世界上有多种类型的太空望远镜，高精度大口径的太空望远镜具备不受地球大气的干扰、图像清晰度高等优势，逐渐成为未来的主要发展方向。但是，受限于现有运载火箭的体积和载荷，整体式和展开式的太空望远镜结构很容易达到口径上限，难以满足大口径太空望远镜的发射要求。因此，通过模块化发射和在轨组装方式构建大口径太空望远镜，是目前已提出的最具可行性的方法。本文提出了构建大口径太空望远镜的设想，将模块化的太

4、空望远镜部件发射升空，通过空间机器人完成在轨装配。本文针对太空望远镜主镜系统在轨装配进行研究，主要研究内容如下：首先，设计了一种用于在轨装配的模块化太空望远镜主镜系统。根据太空望远镜总体指标要求，开展了太空望远镜初步整体方案设计，重点对主镜系统的子镜模块间的机械连接与锁紧机构进行设计。构建了两种可行的装配方案，分析了相应的子镜模块构型，研究了主镜系统的装配顺序，并分析了子镜模块间装配间隙对主镜系统装配定位链末端位置精度影响。然后，研究了主镜系统装配过程中基于时间最优的轨迹规划方法。建立了机械臂的运动学模型，分析了机械臂正运动学，并采用阻尼最小二

5、乘法计算机械臂逆运动学。分析了机械臂工作空间，验证了对主镜系统装配任务的适用性。在关节空间下，采用具有良好的导数连续性和局部支撑性的三次B样条曲线对机械臂进行轨迹规划。在此基础上考虑机械臂关节角度、速度和加速度限制，以运行时间最短为优化目标，利用遗传算法对给定型值点的三次B样条轨迹进行优化。最后，研究了主镜系统装配控制策略，并进行了实验验证。根据在轨装配任务的特点和要求，提出了三大装配原则，完成了主镜系统装配任务规划。使用笛卡尔空间阻抗控制和基于力反馈的位姿调整实现子镜模块的初始插入装配，采用具有叠加力振荡的笛卡尔阻抗控制实现子镜模块的中后期插

6、入装配，有效解决了装配间隙过小造成的易阻塞问题。搭建了典型子镜模块装配实验平台，利用库卡机械臂进行了两种类型子镜模块的装配实验，验证了装配策略的有效性。关键词：太空望远镜；在轨装配；轨迹规划；阻抗控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCurrently,theworldhasmanytypesofspacetelescope.Highprecisionandlarge-caliberspacetelescopehastheadvantagethatitwillnotbedisturbedbyearthatmosphereand

7、itsimageresolutionishighandother.Itisgraduallybecomingthemainfuturedevelopmentdirection.However,limitedbyvolumeandloadingofexistinglaunchvehicle,thestructureofintegraltypeandunfoldedspacetelescopecaneasilyreachtheupperlimitofthecaliberandcanhardlymeetthelaunchrequirementofhe

8、avycaliberspacetelescope.Therefore,itisamostfeasiblemethodwhichisproposedcu