【摘 要】
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随着我国航天事业的不断发展,航天产品尺度与重量不断增大,对接装配的工艺问题愈加突出,其中以大部段对接装配工艺过程中的调姿对接尤为重要,高精度对接装配是航天器性能的重要保证,并联调姿装备的系统误差形成机理及关键因素分析则是实现高精度调姿对接的前提。针对一类典型航天器大部段对接装配的工艺特点,选定四支链全域轮式六自由度调姿装备的整体构型,通过调姿装备关键误差因素分析、多支链协同运动分析、单支链误差传递
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“全域机动精密调姿机器人构型综合与关键性能研究(52075466)”;
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随着我国航天事业的不断发展,航天产品尺度与重量不断增大,对接装配的工艺问题愈加突出,其中以大部段对接装配工艺过程中的调姿对接尤为重要,高精度对接装配是航天器性能的重要保证,并联调姿装备的系统误差形成机理及关键因素分析则是实现高精度调姿对接的前提。针对一类典型航天器大部段对接装配的工艺特点,选定四支链全域轮式六自由度调姿装备的整体构型,通过调姿装备关键误差因素分析、多支链协同运动分析、单支链误差传递分析、多支链误差耦合模型分析、整机精度分析、误差补偿分析多维度获得实现调姿装备高精度对接的理论设计依据。第一,全域六自由度并联调姿装备关键误差因素分析。根据所需的调姿和转运功能,确定调姿装备的总体构型,包括四支链整体布局、单支链构型设计,以及调姿工艺流程。通过对单支链、调姿平台等关键结构设计实现从原理构型到具体结构的转变,进一步分析影响调姿对接精度的单因素和多因素误差,确定影响对接精度的关键因素是结构参数误差和变形误差。第二,全域六自由度并联调姿装备运动学分析。针对调姿装备单支链构型进行等效处理,重点阐述等效过程,基于等效构型,分析调姿装备单自由度四支链联动调姿工艺的协同运动关系,并求解多自由度联动调姿工艺的位置反解。第三,建立调姿装备多支链误差耦合模型。通过建立单支链误差传递矩阵,进而归纳单支链误差传递模型。针对不同应用场景,首先引入集合论概念,采用误差区间分析法建立用于误差范围估计的基于集合论的多支链误差耦合模型,此外为进一步预测调姿装备的位姿误差确定值,利用拆分法解决调姿装备冗余情况,并采用误差确定值分析法,建立基于单支链变形协调的误差耦合模型。针对调姿装备典型工况仿真其变形情况。第四,并联调姿装备精度分析。引入误差3σ准则用于选取调姿装备误差参数范围,应用MATLAB通过数值仿真,验证单支链误差传递模型正确性,进一步基于多支链误差耦合模型对调姿装备进行仿真,通过提取数据特征,进而精度分析,最后分析整机误差倍增对调姿装备精度的影响。第五,调姿装备误差补偿试验研究。通过原型机进行真机试验,阐述原型机误差测试试验过程,基于原始试验数据结果,修正误差耦合模型,采用基于数据残差衡量指标的前馈误差补偿方法,进一步通过Z向重载、空载误差补偿试验,测试该补偿方法对调姿对接精度的改善情况。
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