目前世界上有多種類型的太空望遠鏡,高精度大口徑的太空望遠鏡具備不受地球大氣的干擾、圖像清晰度高等優(yōu)勢,逐漸成為未來的主要發(fā)展方向。但是,受限于現(xiàn)有運載火箭的體積和載荷,整體式和展開式的太空望遠鏡結構很容易達到口徑上限,難以滿足大口徑太空望遠鏡的發(fā)射要求。因此,通過模塊化發(fā)射和在軌組裝方式構建大口徑太空望遠鏡,是目前已提出的最具可行性的方法。本文提出了構建大口徑太空望遠鏡的設想,將模塊化的太空望遠鏡部件發(fā)射升空,通過空間機器人完成在軌裝配。本文針對太空望遠鏡主鏡系統(tǒng)在軌裝配進行研究,主要研究內(nèi)容如下:首先,設計了一種用于在軌裝配的模塊化太空望遠鏡主鏡系統(tǒng)。根據(jù)太空望遠鏡總體指標要求,開展了太空望遠鏡初步整體方案設計,重點對主鏡系統(tǒng)的子鏡模塊間的機械連接與鎖緊機構進行設計。構建了兩種可行的裝配方案,分析了相應的子鏡模塊構型,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)裝配過程中基于時間最優(yōu)的軌跡規(guī)劃方法。建立了機械臂的運動學模型,分析了機械臂正運動學,并采用阻尼最小二乘法計算機械臂逆運動學。分析了機械臂工作空間,驗證了對主鏡系統(tǒng)裝配任務的適用性。在關節(jié)空間下,采用具有良好的導數(shù)連續(xù)性和局部支撐性的三次B樣條曲線對機械臂進行軌跡規(guī)劃。在此基礎上考慮機械臂關節(jié)角度、速度和加速度限制,以運行時間最短為優(yōu)化目標,利用遺傳算法對給定型值點的三次B樣條軌跡進行優(yōu)化。最后,研究了主鏡系統(tǒng)裝配控制策略,并進行了實驗驗證。根據(jù)在軌裝配任務的特點和要求,提出了三大裝配原則,完成了主鏡系統(tǒng)裝配任務規(guī)劃。使用笛卡爾空間阻抗控制和基于力反饋的位姿調整實現(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驗平臺,利用庫卡機械臂進行了兩種類型子鏡模塊的裝配實驗,驗證了裝配策略的有效性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P111
【部分圖文】：

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

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

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

相關期刊論文 前2條

1 崔乃剛;王平;郭繼峰;程興;;空間在軌服務技術發(fā)展綜述[J];宇航學報;2007年04期

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

相關博士學位論文 前1條

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

相關碩士學位論文 前3條

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

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

3 楊惠欣;航天器在軌可更換模塊設計與分析[D];東北大學;2011年

本文編號：2868634