基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解

基于旋量理论建立6R机器人的运动学模型,与传统的D-H参数法相比,旋量法从整体上描述刚体的运动,避免了用局部坐标系描述时所造成的奇异性。但用旋量法求解运动学逆问题时,受到子问题算法的限制。将吴方法引入逆运动学问题的求解,通过其特征列的思想与旋量法相结合,并利用数字化推理平台(Mathematics mechanization platform,MMP)和Maple软件进行符号化运算实现了运动学逆解算法,最后用计算实例证明了算法的可靠性。基于吴方法求解机器人逆运动学的旋量方程,继承了旋量法的优点并减小了对子问题算法的依赖性,更加便于计算机的机械化运算。该方法具有较高的效率和精度,可以推广到其他构型(如并联机构)机器人运动学问题的求解。

大型空间环境模拟设备真空容器可靠性优化设计

为了解决大型空间环境模拟设备真空容器的传统设计方法效率低,且无法进行可靠性分析等问题,将可靠性设计及优化设计方法相结合,给出了真空容器可靠性指数的定义并建立了真空容器可靠性优化数学模型。进而,基于该模型及序列二次规划算法开发了真空容器可靠性优化设计专用软件。最后,通过设计算例及有限元分析验证了数学模型的准确性和优化结果的可行性。与原始设计相比,可靠性优化设计在保证可靠度不低于99.999%的前提下,使结构质量减小了34.2%。

应用非平衡统计力学方法的产品性能评价

为了从系统演化的角度来研究产品性能评价问题,在建模的过程中引入非平衡统计力学方法,该方法已成功应用于环境领域中复杂生态系统的分析。以反映产品性能的各个指标所构成的系统为研究对象,基于非平衡统计力学方法建立系统随机演化方程,通过给各指标赋予合理的权值使系统趋于稳定,从而实现对产品性能的评价。新模型揭示出性能等级的形成模式和演化动力学规律,进而使用该模型结合自组织特征映射网络的算法提出具体的评价方法,并以实例证明该方法的有效性。应用此方法进行产品性能评价,不受人为加权等因素的影响,具有广泛的适应性。该评价模型还提供对指标体系结构以及指标间关系的分析途径,可进一步应用于产品性能优化的研究。

基于真空引射驱动的火星尘暴发生装置气动结构设计

火星尘暴发生装置是火星尘暴地面模拟系统的关键部件,其气动结构直接影响到尘暴试验流场的品质。本文设计了火星尘暴模拟系统的真空引射驱动工作流程,并提出了尘暴发生装置的气动结构。为了验证不同气动结构对尘暴流场的影响,开发了专用设计分析软件。最后,通过设计算例对比分析了收缩比为1.5和2,以及维氏曲线和五次方曲线等四种组合气动结构的流场。结果显示,当收缩比为1.5,气动曲线为维氏曲线时,流场品质最好。本文研究成果可提高火星尘暴发生装置气动结构设计效率,为火星尘暴模环境拟系统的研制提供支持。

火星低气压环境下的尘暴模拟研究

通过地面模拟试验来验证尘暴环境对探测器性能的影响,对我国开展火星探测任务具有重要的意义。本文提出了一种火星尘暴环境模拟系统方案,为便于进行尘暴流场的数值模拟,建立了尘暴热物性参数计算公式,完成了尘暴发生装置气动结构设计及建模。火星尘暴模拟分析结果显示:在压力为600 Pa,温度为233 K,沙尘体积分数为2.6×10^(-8)时,尘暴速度可达74 m/s;温度对流场品质影响较小;压力增大时,流场均匀性变差、速度梯度增大。本文研究成果可为进一步开展火星尘暴环境模拟系统研制提供技术支持。

月球样品存储装置设计

月球样品存储装置主要用于对月球样品进行保存、观察分析等工作。存储装置内部直接放置月球样品,为月球样品提供高纯氮气环境,保证样品不受地球环境污染。为确保存储装置内的水、氧指标满足要求,存储区和外部净化系统之间需建立动态气体循环,而存储装置内部气流扰动会对样品操作产生影响。本文给出了月球样品存储装置组成及三维结构,建立了存储区分析计算的模型,利用Tetra/Mixed法建立了四面体网格,对比计算了不同氮气循环接口布局对内部流场的影响,计算结果表明,下进下出接口可有效降低内部流场扰动。研制的月球样品存储装置内部环境水、氧指标均优于0.1×10^(-6),满足月样存储要求。

某超大真空容器新型大门法兰焊接方案模拟与分析

大门法兰是某直径17m超大真空容器的关键部件,其刚度特性直接影响到真空容器的密封效果及稳定性。针对超大真空容器传统形式法兰加工制造困难、消耗材料较多、结构刚度较差等问题,提出了一种新型的法兰结构形式。而新型法兰的焊接工艺将对其结构强度有较大影响,通过有限元模拟了大门法兰的两种焊接方案,并对焊后的应力及变形进行了分析,从而优选出焊接方案Ⅱ。采用焊接方案Ⅱ,焊后的最大变形量为18.3mm,两条焊缝的最大残余应力分别为210和270MPa。

空间环境模拟设备穿透式隔振系统性能仿真分析

某些航天器产品,特别是光学载荷在进行空间环境试验时对试验环境的振动指标通常有严格的要求,需要采用隔振系统。而空间环境模拟设备内部特殊的真空、低温环境,对隔振系统的设计提出了特殊的要求。本文给出了一种穿透式隔振系统的总体设计方案,并采用整体模态分析、系统振幅分析方法对隔振系统的性能进行了分析计算。结果表明,隔振系统能够满足在1~2 Hz频段内,3个方向的振动位移幅值均≤0.4μm,具有良好的低频隔振性能,能够满足航天器产品空间环境模拟试验时对振动的隔离需求。

高速火星尘暴模拟装置气力输送系统设计

开展火星尘暴环境地面模拟实验来验证火星探测器的性能是至关重要的,因此须建立火星尘暴环境的地面模拟装置。本文在对国外火星尘暴和气动模拟设备及其技术特点分析的基础上,提出了采用二次风输送的高速火星尘暴模拟系统总体方案,进行了高速火星尘暴气力输送流程的设计,并给出了沙尘质量流量、输送混合比、输送速度、输送压力、管道直径以及二次风量等气力输送参数的算式。本文研究成果可为我国的高速火星尘暴模拟装置工程设计及实施提供参考。

基于参数化设计方法的空间环境模拟器集成设计

目前常采用的空间环境模拟器设计模式是不同的分系统利用各自的三维造型软件构建产品的三维几何模型,然后导出到Auto CAD中进行二维的图纸表达。此种设计模式不利于开展协同设计,同时在不同设计软件转换时容易造成设计表达错误。此外,日益激烈的市场竞争,也对空间环境模拟器的快速响应设计提出了更高的要求。因此,根据空间环境模拟器设计流程分析以及设计过程的实际需求,针对容器、热沉、真空、氮流程等分系统设计特点,提出了空间环境模拟器集成设计平台方案;基于统一的数字化设计平台,开展各分系统的协同设计,从而提高产品设计的规范性和重用性,实现空间环境模拟器的数字化高效集成设计。

空间环境模拟设备低温系统研制中的软件应用及参数化驱动设计

为提升空间环境模拟设备的设计效率和用户体验度,针对北京卫星环境工程研究所成功研制或正在研制的地面产品,运用CAD/CAE软件对其低温系统进行三维建模和仿真分析;依托Inventor软件进行二次开发,设计了一款专门的空间环境模拟设备数字化集成设计平台。通过对专业模型参数化驱动技术的研究,给出热沉系统参数化的各主要节点和驱动设计流程,并验证设计流程的有效性。最后,对氮系统的零件库动态扩充进行了探讨。

面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计

为开展机舱失压环境效应研究,针对大口径泄压通道,设计一种新型的机械式瞬间泄压装置,并进行相关机构运动学、动力学建模研究.该泄压装置主要由弹簧储能机构、连杆式舱门压紧机构、基于SEA(Series Elastic Actuator)的舱门锁紧/释放机构和基于惯性飞轮的电磁式缓冲机构组成,具有操控简单、可靠性高、可重复使用、试验效率高的特点.最终设计的瞬间泄压机构面向DN750泄压通道,舱门从0°开启到90°用时约280 ms.本研究将为今后研发面向大口径泄压通道的瞬间泄压机构,并应用于大型快速泄压环境效应试验装置建设提供参考.

大型法兰加工工艺及可移动式机床设计

基于小机床加工超大构件的思想,设计一台用于大型法兰现场加工的可移动机床和加工工艺方案。加工工艺方案采用先进测量设备,对法兰进行整体测量,精确定位主要加工区域,使用可移动机床对法兰分段加工。可移动机床设计完成后分析可移动机床整体性能,确保其加工性能符合要求,最后利用实验验证工艺方案的可行性。