弹性自驱动卷筒式伸杆机构展开刚度分析及校验

针对弹性自驱动卷筒式伸杆机构(STACER)的展开刚度问题,分析了卷筒式伸杆机构的工作原理,基于等效连续体模型推导了卷筒式伸杆机构弹性卷筒的构型参数与刚度的关系式,分析了弹性卷筒末端螺旋角、末端半径、带厚、带宽对展开刚度的影响。分析结果表明:(1)末端半径的增大能同时提高弹性卷筒的一阶频率和比刚度,而带宽的增大将导致弹性卷筒的一阶频率和比刚度均降低;(2)弹性卷筒的一阶频率随带厚的增加近似线性增大,但比刚度随带厚的增大而近似按双曲线规律下;(3)弹性卷筒末端螺旋角在62°~75°时,弹性卷筒的比刚度可获得最优值。卷筒式伸杆机构的刚度测试结果与理论分析结果基本一致,校验了理论分析方法的有效性。

卷筒式伸杆机构展开过程仿真实现方法研究

以卷筒式伸杆机构为研究对象,研究了其展开过程的动力学仿真方法。首先,建立卷筒式伸杆机构展开过程的原理样机与理论计算模型,基于样机试验数据与MATLAB数值计算结果,确定机构在不同展开高度下的伸展运动状态。之后,在机构运动状态分析结果的基础上,利用有限元方法与MATLAB-VC进行混合编程方法建立了机构展开过程的参数化动力学仿真模型,并利用OpenGL的双缓存模式实现了仿真结果的可视化。最后,综合模型建立、数据传递、仿真结果可视化等方面建立了卷筒式伸杆机构的动力学仿真平台,有效提高了机构的设计效率与质量。

主被动复合驱动空间探测柔性伸杆机构的参数匹配

基于主被动复合驱动的思想提出一种大伸展/收拢比、高载荷/自重比的新型伸缩式伸杆机构,以满足微纳探测器的实际应用需求,用于支撑各类探测载荷远离航天器本体,避免本体剩磁对空间待测信号的干扰,保证探测数据的准确性。首先,探索描述被动驱动源(弹簧铰链)的力矩驱动特性;然后,分析柔性伸杆的弯曲、扭转、压平和卷曲等力学性能。在此基础上,结合建立的柔性伸杆伸展速度、负载动能、弹簧铰链势能及主动驱动(电动机)力矩等参数的能量流约束方程,进行主、被动驱动和柔性伸杆的参数匹配研究;最后,利用有限元软件仿真和样机平台实验验证了参数匹配的合理性。仿真与实验结果表明,针对主被动复合驱动的空间探测柔性伸杆机构,通过合理的参数匹配,可实现柔性伸杆无褶皱地平稳伸展和收拢,为后续的机构设计和控制方案奠定了基础。