目前世界上有多種類型的太空望遠(yuǎn)鏡,高精度大口徑的太空望遠(yuǎn)鏡具備不受地球大氣的干擾、圖像清晰度高等優(yōu)勢(shì),逐漸成為未來的主要發(fā)展方向。但是,受限于現(xiàn)有運(yùn)載火箭的體積和載荷,整體式和展開式的太空望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)很容易達(dá)到口徑上限,難以滿足大口徑太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射要求。因此,通過模塊化發(fā)射和在軌組裝方式構(gòu)建大口徑太空望遠(yuǎn)鏡,是目前已提出的最具可行性的方法。本文提出了構(gòu)建大口徑太空望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想,將模塊化的太空望遠(yuǎn)鏡部件發(fā)射升空,通過空間機(jī)器人完成在軌裝配。本文針對(duì)太空望遠(yuǎn)鏡主鏡系統(tǒng)在軌裝配進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,設(shè)計(jì)了一種用于在軌裝配的模塊化太空望遠(yuǎn)鏡主鏡系統(tǒng)。根據(jù)太空望遠(yuǎn)鏡總體指標(biāo)要求,開展了太空望遠(yuǎn)鏡初步整體方案設(shè)計(jì),重點(diǎn)對(duì)主鏡系統(tǒng)的子鏡模塊間的機(jī)械連接與鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。構(gòu)建了兩種可行的裝配方案,分析了相應(yīng)的子鏡模塊構(gòu)型,研究了主鏡系統(tǒng)的裝配順序,并分析了子鏡模塊間裝配間隙對(duì)主鏡系統(tǒng)裝配定位鏈末端位置精度影響。然后,研究了主鏡系統(tǒng)裝配過程中基于時(shí)間最優(yōu)的軌跡規(guī)劃方法。建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,分析了機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué),并采用阻尼最小二乘法計(jì)算機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。分析了機(jī)械臂工作空間,驗(yàn)證了對(duì)主鏡系統(tǒng)裝配任務(wù)的適用性。在關(guān)節(jié)空間下,采用具有良好的導(dǎo)數(shù)連續(xù)性和局部支撐性的三次B樣條曲線對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上考慮機(jī)械臂關(guān)節(jié)角度、速度和加速度限制,以運(yùn)行時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo),利用遺傳算法對(duì)給定型值點(diǎn)的三次B樣條軌跡進(jìn)行優(yōu)化。最后,研究了主鏡系統(tǒng)裝配控制策略,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)在軌裝配任務(wù)的特點(diǎn)和要求,提出了三大裝配原則,完成了主鏡系統(tǒng)裝配任務(wù)規(guī)劃。使用笛卡爾空間阻抗控制和基于力反饋的位姿調(diào)整實(shí)現(xiàn)子鏡模塊的初始插入裝配,采用具有疊加力振蕩的笛卡爾阻抗控制實(shí)現(xiàn)子鏡模塊的中后期插入裝配,有效解決了裝配間隙過小造成的易阻塞問題。搭建了典型子鏡模塊裝配實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用庫(kù)卡機(jī)械臂進(jìn)行了兩種類型子鏡模塊的裝配實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了裝配策略的有效性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P111
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文美國(guó)格魯曼公司的 MODEST 在軌驗(yàn)證項(xiàng)目以國(guó)際空間站為驗(yàn)證平臺(tái)[10]，在軌安裝口徑約 1.5m 的太空望遠(yuǎn)鏡(2015 年)。MODEST 的相關(guān)組件可放置于 SpaceXDragon 航天器內(nèi)，MODEST 在軌裝配使用空間機(jī)器人完成，其組裝過程[10]如圖1-1 所示。

圖 1-2 國(guó)際空間站 SPDM 機(jī)器人系統(tǒng)[11]圖 1-3 OpTIIX 望遠(yuǎn)鏡及其組裝模塊[11].2.2 在軌組裝太空望遠(yuǎn)鏡概念設(shè)計(jì)（1）現(xiàn)代太空望遠(yuǎn)鏡 MUST美國(guó)波爾航太(Ball Aerospace)于 2008 年提出在軌裝配 10m 現(xiàn)代太空望遠(yuǎn)鏡The Modern Universe Space Telescope，MUST）[12]概念，在日地 L2 點(diǎn)通過機(jī)器完成安裝。望遠(yuǎn)鏡由四個(gè)部分組成：光學(xué)鏡片，科學(xué)儀器模塊，航天器拖船，光板。

圖 1-2 國(guó)際空間站 SPDM 機(jī)器人系統(tǒng)[11]圖 1-3 OpTIIX 望遠(yuǎn)鏡及其組裝模塊[11].2.2 在軌組裝太空望遠(yuǎn)鏡概念設(shè)計(jì)（1）現(xiàn)代太空望遠(yuǎn)鏡 MUST美國(guó)波爾航太(Ball Aerospace)于 2008 年提出在軌裝配 10m 現(xiàn)代太空望遠(yuǎn)鏡The Modern Universe Space Telescope，MUST）[12]概念，在日地 L2 點(diǎn)通過機(jī)器完成安裝。望遠(yuǎn)鏡由四個(gè)部分組成：光學(xué)鏡片，科學(xué)儀器模塊，航天器拖船，光板。
【參考文獻(xiàn)】

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1 崔乃剛;王平;郭繼峰;程興;;空間在軌服務(wù)技術(shù)發(fā)展綜述[J];宇航學(xué)報(bào);2007年04期

2 林來興;;四十年空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的發(fā)展[J];航天器工程;2007年04期

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1 周揚(yáng);雙臂機(jī)器人的控制系統(tǒng)建立及阻抗控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

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1 周誠(chéng);空間七自由度冗余機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 董曉星;空間機(jī)械臂力柔順控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 楊惠欣;航天器在軌可更換模塊設(shè)計(jì)與分析[D];東北大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2868634