大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究

为满足大型射电望远镜天线运动过程中由于重力变形而引起的天线性能和指向的变化以及L频段馈源工作任务,根据多自由度调整以及工作空间范围等设计要求确定了"上海65米射电望远镜系统"天线副反射面调整机构的构型;在满足天线工作任务要求的基础上,对机构进行了构型尺寸参数优化,并在各个尺寸参数优化确定后对天线副面调整机构进行了结构设计;对天线副面调整机构进行了标定实验,并开展了副面调整机构动态跟踪精度测量实验研究,实验结果均达到了设计要求。面向工程实际任务进行设计与实验研究,研究成果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。     

改进Delta并联机构运动可靠性分析

 运动精度是评价机构质量的重要考核指标。以往并联机构运动精度分析中,往往不考虑输入误差的随机性,造成评价结果不准确。首先应用齐次坐标变换,推导了改进Delta并联机构的位置反解公式。基于位置反解和一阶泰勒展开,建立了包含机构尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的机构位置误差计算模型。利用该误差模型,考虑各个原始输入误差的随机性,推导了机构运动可靠性数学模型,给出了评价机构运动可靠性高低的量度和计算方法。运动可靠性是机构运动精度高低的更本质的衡量指标。运动可靠性分析是机构优化设计和误差补偿的基础。     

卡氏天线副面补偿技术中副面焦点坐标调整量的高精度数据拟合

基于新疆110m射电望远镜预研项目、南山天线改造计划和国家对航天领域的战略需求,对大型卡氏天线主面板变形的副面实时补偿作了深入研究。简单介绍了副面补偿的理论模型并用静力分析法得出若干特殊仰角下的调整量,进而运用MATLAB对调整量进行了高精度的数据拟合。给出了线性最小二乘法和正交多项式最小二乘法2种拟合方法拟合模型方程,通过误差分析从不同方面对比了拟合方法的效果,在阶数为4、精确至小数点后15位时,2种拟合方法的误差差值数量级为10-13 mm,且小于零。最终选择并应用精度更高的正交多项式最小二乘拟合方法在特定的俯仰角度范围内生成了部分调整量数据,为副反射面在任意俯仰角下的补偿过程创造了条件,满足了天文观测和航天深空探测对数据准确性和系统可靠性的要求,具有一定的实用性。     

一种直升机尾轮锁紧装置集成一体化设计与研究

为了研究开环控制系统下的电动机构效率特性和运行精度，本文以一种直升机尾轮锁紧装置为例，介绍了该装置集成一体化设计方案及关键功能的结构设计及计算，对锁紧和解锁响应时间、负载能力、电机功率、手动解锁方案、多圈旋转运动机械限位等进行了设计和分析计算，根据齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠副、螺旋滚道副传动原理完成了带多圈机械限位且符合人体工程学操作要求的手动接口。对传动结构强度和寿命进行了仿真分析，通过样机检测和调试试验，验证了设计计算与仿真结果的可靠性和调试方法的合理性，在传动机构效率调节、霍尔传感器运用、开环控制系统下的机构输出精度控制等方面获得了经验参数。通过预紧调整和提前量设定，可以提高传动系统28.6%的工作效率并保证不低于0.2mm的运行精度，为类似一体化机电产品的设计研制提供了参考。     

空间光学遥感器次镜定位平台的设计与测试

为实现光学望远镜高质量成像,次镜的调整系统要求具有精密定位、高承载能力以及较高的相对精度等特点。基于该特点,设计了一种次镜定位六自由度并联平台,对该并联机构进行运动学分析、力分析以及误差分析。根据给定误差,对并联平台促动器以及关节铰链进行设计。最后,对平台的技术指标进行测试。测试结果显示,并联机构相对精度≤1.2%,分辨率0.5μm,并联机构的轴向刚度≥40 N/μm。系统的旋转中心可以任意放置在运动限制范围内,能够实现望远镜次镜的精密定位任务。     

采用冗余驱动提高并联机床精度的研究

 由于并联机构铰链间隙的存在,使并联机构的实际精度和刚性明显减小。本文论述了采用冗余驱动技术改善并联机构精度的研究。首先分析了可以将铰链间隙对并联机构运动误差的影响转化为杆长偏差对机构误差的影响;然后通过分析得出 :由于铰链间隙的影响,并联机构运动空间是空间几个球环的交集,采用数值法,利用球坐标数值积分求出误差空间的体积大小;最后对具有相同结构参数的非冗余和具有冗余驱动的两种并联机构,在同样的工作空间内分别计算了误差分布,得出采用冗余驱动技术可以有效减小因铰链间隙而引起的并联机构运动误差的结论。     

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度（2R1T）并联机构（PMs）2RPU-UPR-RPR和2UPR-RPU-RPR，然后提出了极限约束力螺旋系的概念，分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系，对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构，建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型，并将其等效成一个三自由度串联机构RPR，进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析，建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式，并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副，且所有转动自由度均具有连续转轴，能够得到解析的位置模型表达式，很容易实现轨迹规划与运动控制，具有良好的应用前景。     

基于支链受力分析的Stewart平台球铰间隙误差补偿方法

为减小球铰间隙误差对并联机构动平台运动精度的影响,以Stewart并联机构为例,借助静力学分析对球铰间隙误差进行了标定和补偿.首先,采用序列法对机床结构误差及球铰间隙误差进行了标定.其次,采用螺旋理论分析了该机构运动支链的受力状态,进而得到支链在分别受拉力和压力时球铰的作用状态,从而推导出了球铰间隙误差的补偿算法,并通过试验方法对该算法进行了验证.结果表明,基于静力学分析对球铰间隙误差进行相应补偿,可以明显提高并联机构动平台的运动精度.本文提出的针对球铰间隙误差的有效补偿算法为并联机构运动误差的实时补偿提供了参考.     

捕获轨迹系统并联机构地面标定方法

捕获轨迹系统（CTS）是一种先进的预测外挂物投放轨迹的试验系统，普遍采用六自由度（6-DoF）串联机构作为其运动机构，串联机构因惯性力大和关节累积误差大使其定位精准度不足。相比串联机构，并联机构具有惯性力小和关节误差不累积等优点。采用6-PTRT并联机构作为CTS试验系统的六自由度运动机构，在空间受限的风洞环境中对CTS并联机构进行地面标定：提出动平台位姿的测量和计算方法，建立包含直线驱动平台安装夹角修正的标定模型，并基于非线性最小二乘法辨识结构参数。辨识后CTS并联机构的位移定位准度优于0.1 mm，姿态定位准度优于0.05°，最后以CTS并联机构和常规攻角机构进行8#标模的对比风洞试验。风洞试验结果表明，CTS并联机构的风载定位准度满足测力试验精准度要求。     

基于并联构型的飞机装配调姿定位机构精度研究

针对飞机装配中机身壁板等组件调姿定位问题,本文首先提出了一种基于3-UPS并联构型的飞机装配调姿定位机构,该机构可以实现飞机组件装配的6自由度调姿与定位.同时,为提高飞机组件装配精度,分析了各运动副铰链间的误差间隙对飞机装配调姿定位机构姿态的影响,并据此建立了3-UPS并联机构的有效杆长模型.进一步地,基于并联机构位置正解得到了飞机装配调姿定位机构的定位精度模型.最后,通过MATLAB仿真分析了间隙的存在对机构运动精度的影响,为基于3-UPS并联机构在调姿定位中的控制补偿提供了理论基础.     

液压Stewart平台基于工作空间综合偏差的同步控制

 为了抑制轨迹跟踪过程中各自由度运动之间的相互干扰,将平台跟踪的轨迹进行泰勒级数展开,提出基于工作空间含有各向自由度运动自身跟踪偏差和各自由度运动之间耦合干扰偏差的综合轨迹跟踪偏差量的表达式。根据工作空间综合偏差量反馈,利用反步法设计鲁棒控制器,使各向自由度运动自身跟踪偏差与之间的耦合偏差同时稳定地趋于零,以限制跟踪过程中各自由度运动之间耦合干扰。同时,考虑到实际平台惯性参数不确定性,推导得出惯性参数自适应律,以提高系统的跟踪精度。利用AMESim与MATLAB进行联合仿真验证,结果表明:与传统的比例 积分 微分（PID）控制器相比,该方法在保证各自由度运动自身跟踪偏差稳定收敛的同时有效地降低了各自由度运动之间的耦合干扰偏差,更有效地提高了平台的跟踪性能。     

面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差,再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计,实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKA KR-30 HA为对象所进行的试验验证表明,机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0.879mm经过定位误差补偿后提高到0.194mm,经过残差补偿后进一步提高到0.141mm,经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1.492mm降低为0.296mm,最大绝对定位精度误差降低了80.16%。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差,进一步提高机器人的定位精度。     

利用Micro-PIV进行微管道内流量测量

为了解决微管道（水力直径小于1mm）内流量测量问题,本文利用Micro-PIV对水力直径为230μm的毛细玻璃管内流量进行测量,并对测量误差进行了分析。测量结果表明,利用该技术完全可以实现微通道流量的高精度测量。     

Geometric error analysis of an over-constrained parallel tracking mechanism using the screw theory

This paper deals with geometric error modeling and sensitivity analysis of an overconstrained parallel tracking mechanism. The main contribution is the consideration of overconstrained features that are usually ignored in previous research. The reciprocal property between a motion and a force is applied to tackle this problem in the framework of the screw theory. First of all, a nominal kinematic model of the parallel tracking mechanism is formulated. On this basis, the actual twist of the moving platform is computed through the superposition of the joint twist and geometric errors. The actuation and constrained wrenches of each limb are applied to exclude the joint displacement. After eliminating repeated errors brought by the multiplication of wrenches, a geometric error model of the parallel tracking mechanism is built. Furthermore,two sensitivity indices are defined to select essential geometric errors for future kinematic calibration. Finally, the geometric error model with minimum geometric errors is verified by simulation with SolidWorks software. Two typical poses of the parallel tracking mechanism are selected, and the differences between simulation and calculation results are very small. The results confirm the correctness and accuracy of the geometric error modeling method for over-constrained parallel mechanisms.     

伺服加工平台的综合误差建模与补偿

伺服加工平台的几何误差是影响工件加工形貌精度的重要因素。在多体系统理论的基础上,首先,运用低序体阵列描述伺服平台多体系统的拓扑结构,建立各相邻体间的齐次变换矩阵,构建其综合误差模型;其次,利用雷尼绍测量系统对平台的定位误差、直线度误差、俯仰误差、偏摆误差以及两轴之间的垂直度误差进行辨识,将辨识得到的误差值代入构建的模型得出平台几何综合误差;最后,选择凸锥面、平面、球面3种面型工件补偿试验,对误差模型进行原理性验证。研究表明,经补偿后加工所得3种面型工件表面精度均提高了25%左右,证实了提出的补偿方法可用于伺服加工平台几何误差控制。     

实时数据处理结果动态选优方法研究

针对传统的实时数据处理结果按方案优先级选优输出方法存在的缺陷,提出一种结合实时数据处理结果的精度进行实时动态选优的方法。该方法在每个数据处理周期将所有的数据结果与数据融合处理结果相比较,按照误差值大小对处理结果进行排序,若当前选择输出结果的误差值大于其他结果的误差值,可采用人机交互方式进行动态切换,选择其他精度高的结果输出。实际应用证明,该方法能有效避免当测量方案优先级高的数据处理结果精度差时其结果被选优输出的问题,提高了实时数据处理结果的精度。     

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度，研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案，分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源，利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差，并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明，该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差，提高了陀螺仪的测量精度，且易于工程实现。     

空间平台机动变轨自主导航研究

针对空间平台在高轨道机动变轨过程中自主导航的需求,采用了基于Kalman滤波器的捷联惯导与星敏感器的组合导航方案。结合Kalman滤波中协方差更新的误差分配分析方法,分析了影响空间平台状态估计误差的主要因素。采用适用于高轨道的球谐重力模型,运用STK工具包设计了变轨机动轨迹,将该轨迹应用于组合导航方案的仿真验证。仿真结果表明,量测噪声是影响空间平台姿态精度的主要因素,加速度计零偏对变轨过程速度精度有决定性影响,改善两者的精度可以实现空间平台机动变轨的高精度自主导航。     

Ground Testing of Inertial Navigators to Improve Dynamic Performance

A ground testing method has been devised to evaluate the dynamic errors of an inertial navigation system. A trimmed stationary inertial system in the navigation mode can be subjected to programmed platform orm drift rates, and generate position outputs which are compared with those of a perfect navigator. The linearized error equations for this testing mode are derived and the resulting position error propagation is analyzed using Kalman filtering in order to identify the error sources. A simulated platform with a fixed set of error sources is analyzed to evaluate this testing concept. An example is presented to show that the gyro and accelerometer scale factor and misalignment error coefficients can be estimated.