一种并联式六自由度副面调整机构设计工艺的制作方法

文档序号:20121925发布日期:2020-03-20 05:34阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种并联式六自由度副面调整机构设计工艺,其特征在于包括以下步骤,

s1.定义天线各个铰点坐标,六个杆的分支铰点在上平台坐标系中的坐标bi=(xiyizi)(i=1…6),六个杆的分支铰点在下平台坐标系中的坐标ai=(xiyizi)(i=1…6),共计36个参数,所述参数根据空间结构分为n1-ni组;

s2.建立构型,由上述参数中初始位置时n1组所对应参数设立为初始构型,采用运动学反解计算初始构型所对应杆长,该构型的初始杆长li0和所需要的最大杆长lmax;

s3.判断是否满足约束条件,设定分支杆两端的固定件部分所预留的安装长度为l,判断是否满足li0>l+3lmax,若不满足li0>l+3lmax,则返回步骤s2计算下一组直至满足li0>l+3lmax;

s4.将该构型下允许的动平台动作范围进行分组,分组方式为动平台位于各个不同位姿状态下的位置所对应的坐标,得到离散化的m1-mi组;

s5.计算各杆受力,

由m1组开始,根据力平衡方程计算求解m1下的六个杆的受力f=[f1f2f3f4f5f6]t,计算完成后计算下一组直至得到mi组的六个杆的受力;

s6.将天线俯仰角渐变增加,增加量为α,α取值范围为1度-10度,每次天线俯仰角增加后重复执行步骤s4-s5,直至得到天线仰角为90度时的各杆受力得到0度-90度状态下m1-mi组对应的六杆受力;

s7.计算下一空间结构分组n所对应的0度-90度状态下m1-mi组对应的六杆受力,直至完成ni的计算,将所有计算结果组成受力模型库;

s8.判断最佳构型,选取受力模型库中力刚度矩阵最大所对应的构型n作为最优构型;

s9.加工分支杆和上平台(4)、下平台(5),根据最优构型n进行加工得到对应分支杆的长度,并将分支杆对应的配装至上平台(4)、下平台(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种并联式六自由度副面调整机构设计工艺,其特征在于,所述的步骤s2的计算初始构型所对应杆长的计算方法为,

定义下平台的三个欧拉角为α、β、γ,则从下平台到上平台的旋转变化矩阵为:利用旋转变换矩阵将下平台铰点在下平台坐标系中的坐标转换为下铰点在上平台坐标系中坐标,即ai=tai+p(i=1…6),其中t为上述旋转变化矩阵,p为下平台坐标系原点相对于上平台坐标系的位置矢量,然后利用运动学反解,计算坐标差即li=|ai-bi|,ai下平台铰点坐标,bi为上平台铰点坐标,计算构型的初始杆长li0和所需要的最大杆长lmax。

3.根据权利要求1所述的一种并联式六自由度副面调整机构设计工艺,其特征在于,所述的步骤s5的求解m1下的六杆受力过程为,

利用螺旋理论建立数学模型。当以力旋量表示六个轴力时,考虑动平台的平衡,六个杆的力螺旋之和应与平台的六维力相平衡,列出螺旋方程:式中,fi为第i个杆受到的轴力,为第i杆轴线对固定坐标系的单位线矢,f及m分别为平台上作用力的主矢和对坐标原点主矩,将上述螺旋方程改写为矩阵形式的平衡方程:

式中,f={fx,fy,fz,mx,my,mz}t为作用在动平台上的六维外力,f=[f1f2f3f4f5f6]t,为各分支杆上所受的力,为力雅克比矩阵,其表达式为

4.根据权利要求1所述的一种并联式六自由度副面调整机构设计工艺,其特征在于,步骤s8中力刚度矩阵为六杆受力最大值最小且受力均衡所对应的矩阵模型。

由于大型射电望远镜天线一般主要工作在最佳仰角(一般为45度仰角附近),而传统六自由度并联机构一般在天线仰角为0度时刚度最好,因此需要在构型设计时考虑天线工作的最佳仰角,设计思路为:首先将机构参数即各分支铰点在上平台坐标系中的坐标bi=(xiyizi)(i=1|6)和各分支铰点在下平台坐标系中的坐标ai=(xiyizi)(i=1|6),共计36个参数,作为优化对象,设置参数初始值,并通过运动学反解计算出该构型的初始杆长li0和所需要的最大杆长lmax。具体过程为:定义动平台的三个欧拉角为α、β、γ,则从动平台到定平台的旋转变化矩阵为:,利用旋转变换矩阵将铰点在下平台坐标系中的坐标转换为铰点在上平台坐标系中坐标,即ai=tai+p(i=1|6),其中p为下平台坐标系原点相对于上平台坐标系的位置矢量;然后利用运动学反解,即计算构型的初始杆长li0和所需要的最大杆长lmax,判断其是否满足长度安装条件,即其中l为分支杆设计时的固定长度,具体数值以分支杆设计为准。如果满足则将要求的工作空间离散化,根据力平衡方程计算求解全部工作空间下的各分支杆受力,具体计算过程为:利用螺旋理论建立数学模型。当以力旋量表示6个轴力时,考虑动平台的平衡,6个杆的力螺旋之和应与平台的6维力相平衡,列出螺旋方程:

,式中,fi为第i个杆受到的轴力,为第i杆轴线对固定坐标系的单位线矢,f及m分别为平台上作用力的主矢和对坐标原点主矩。将上述螺旋方程改写为矩阵形式的平衡方程:

式中,f={fx,fy,fz,mx,my,mz}t为作用在动平台上的六维外力,f=[f1f2f3f4f5f6]t,为各分支杆上所受的力,为力雅克比矩阵,其表达式为

该天线仰角下完成后,将天线仰角增加一定变化量,继续计算,直至天线仰角从0度变为90度。将得到的全部分支杆受力进行分析,运用综合优化方法将各个姿态下的六个分支杆综合计算得出该位姿下机构分支受力的综合值,综合值包括各构型下六个分支受力总和、六个分支受力最大值和最小值差等优化数据,综合优化所有分支受力值,找出天线在最佳仰角下各分支受力值最优的构型,该构型作为天线副面调整机构的构型。具体设计流程如下图所示。

一般情况下,得到构型为两两一组,其中一个分支在天线最佳仰角时基本保持垂直状态。

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