高精度跟踪指向技术研究现状及其展望

高精度跟踪指向技术将会长期伴随现代工业的发展过程,也是许多现代工业领域内的关键技术,其必将受到广大学者的重视和研究。为了追踪该技术的最新发展状态和趋势,文中查阅了大量的技术文献和资料,在深刻理解该技术内涵的基础上,根据指向机构的不同工作机制,对现有的高精度指向技术进行了分类,认为现有的高精度指向技术可分为机械式和非机械式两类,详细叙述了这两类跟踪指向技术的研究现状,也对该技术将来的发展方向和趋势进行了分析。文中的内容可作为该领域内研究人员的参考,也期望为该技术的发展起到积极的推动作用。

一种单级控制的高精度指向系统研究

实现高指向精度是单级控制指向系统的主要技术难题,消除指向机构的位置浮动环节可提高其指向精度,为此提出一种单级控制的高精度指向系统。采用一种无位置浮动环节的RPS-SPS并联指向机构,通过研究其传动模型和误差消除算法,验证所提指向系统原理的正确性,进行了原型机研制和实验测试。测试结果表明:在加载和空载两种状态下,原型机的单轴指向误差均不大于0.004°,其合成指向误差均优于0.006°,其指向稳定时间均小于100 ms,原型机具备了两轴的指向功能,其工作空间可达到两轴±9°。理论和实验研究均证明了该指向系统的可行性和有效性,研究成果为该单级控制的高精度指向系统的工程应用奠定了技术基础。

开放式载人月球车人机交互系统的人机工效学设计

针对开放式载人月球车人机交互系统的人机工效学问题,文章从功能需求出发,对人机交互系统进行了设计:重点考虑航天员在身穿舱外航天服、行动不便的情况下,如何优化系统设计来提高航天员行动的便捷性;完成了人机交互系统的整体布局和组成功能设计;提出“可收纳、可对折式”的显示面板布局方式,解决了传统月球车固定式显示面板占用空间大、阻碍航天员上下车的问题。

应用于舱外空间环境的对接锁紧机构设计

根据空间站实验舱外暴露载荷的需求以及现有机械臂的抓举能力,开展了暴露载荷与空间站资源传输设备——对接锁紧机构的设计。主要进行了机构总体设计和误差分析,针对舱外真空、高低温交变、辐照等环境进行了抗环境效应设计,针对发射时的力学冲击进行了仿真计算。系列验证试验表明,设计能够满足使用要求。

一种全金属六自由度隔振平台的研究

某航空器的高精度测量器件对振动非常敏感,其隔振系统可在高真空、极端温度环境下实现多自由度的隔振。文中提出了一种全金属六自由度隔振平台,该平台利用一种筏式金属橡胶阻尼器作为Steward机构的滑动副,实现了全金属的六自由度隔振性能。研究者采用动态增量非线性分析系统计算了这种隔振系统的随机振动响应特性,仿真结果验证了其原理的正确性。研发了原型机并测试了其性能指标,测试结果表明:在40~2000 Hz的宽频域内,该原型机能够有效衰减X、Y、Z三轴向的随机振动能量,各轴向随机振动的总均方根加速度由2.2 g衰减到1 g以下,该原型机也可衰减三个轴向的角振动能量。研究成果可解决目前多自由度隔振系统对极端环境适应性差的技术难题,成果可直接应用于特殊环境下的隔振技术领域。

SPARK-Ⅱ转鼓及控制棒驱动机构交叉冗余伺服驱动控制系统的设计

SPARK-Ⅱ转鼓及控制棒的驱动机构需要高可靠的驱动控制,实现该驱动控制功能的设备定义为转鼓及控制棒驱动机构驱动控制器,是指把堆控计算机的指令转化为驱动机构的驱动信号,并能通过对驱动机构的状态采集实现对多套转鼓及控制棒驱动机构的精确控制的控制系统。驱动控制器开展具备双冗余控制器对多台双冗余机构的交叉冗余伺服驱动控制设备的设计,控制器由两组备份的逻辑控制单元、电机交叉冗余切换单元、旋变测量信号切换单元、模拟量调理与切换单元、电磁驱动控制单元及9组电机驱动单元等组成,并通过1553B与堆控计算机通信。通过采用工业器件对设计的控制器的性能进行了检验,设备具备良好的控制性能,能够满足对转鼓及控制棒驱动机构的控制。系统接口满足航天相关规范要求。