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大型拼接镜面望远镜子镜装卸装置的研究
左 恒
Subtype博士
Thesis Advisor李国平
2010-06
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline天体物理
Keyword拼接镜面望远镜 主镜装卸 串联机器人 运动学 动力学 轨迹规划 机械设计
Abstract
自从400 年前伽利略第一次使用望远镜观测天空以来,人类为了探索更深的宇宙,望远镜的口径越做越大,随着望远镜口径的增大,拼接镜面望远镜成为趋势。上世纪末本世纪初一批大口径拼接望远镜先后被研制出来,这其中包括我国的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST。他是一架中星仪式反射施密特望远镜,其球面主镜就是一个6.05m×6.67m的由37块子镜构成的组合系统,随着望远镜口径的增大,子镜单元数的增多,子镜单元的安装和拆卸问题日益突出,难度增大。本文试图对这一问题进行探讨,并设计了一套用于LAMOST球面主镜MB 的子镜单元装卸装置,希望对今后大口径望远镜的子镜装卸提供一些思路和借鉴。

文章对目前世界上运行的大口径拼接镜面望远镜的子镜单元安装方式进行了调研,深入分析了串联装置和并联装置在望远镜子镜单元安装中的区别,在比较了多种安装方案后,并结合LAMOST 球面主镜的安装特点,提出了一个多级串联,具有多个冗余自由度的子镜装卸装置设计方案。
 
基于这个设计方案,进行了运动学理论研究,先建立了装卸装置的运动学模型,得到在给定关节驱动的情况下,机器人末端的子镜单元位姿的代数表达式,完成了机器人的正运动学求解;然后分析了冗余自由度机器人的逆运动学求解问题,并根据装卸机器人的实际运动情况,在约束某些自由度的情况,得出了实际安装37块子镜时,装卸机械人各个关节上的运动曲线,并使用了样条曲线拟合的方法,优化了实际的安装过程。

第三章中使用拉格朗日方法分析了装卸机器人的动力学特性,并按照拉格朗日方法推导装卸机器人的动力学方程,分析了装卸机器人的耦合特性,使用软件分析得出了机器人各关节在运动中的受力和力矩曲线。
 
由于LAMOST 主镜固定安装,37块子镜的安装位置固定,使用3 次样条曲线拟合了装卸机器人末端的运动轨迹,优化了机器人的运动轨迹。在理论分析的基础上,具体设计了整个装卸装置的实际结构,由于装卸装置使用三部分串联,三部分独立设计,其中机械臂部分提供大位移,高速度的粗定位,它具有变幅和伸缩两个自由度,采用技术比较成熟的常用随车吊改造;机械手部分需要提供小位移,低速度和较高精度的定位和姿态调整,需要具有角俯仰,竖直旋转和升降,两个水平方向的平移以及机械爪的开合6 个自由度,在设计中对6 个部分分别进行了校核计算,一步一步改进方案,并进行了工艺改进,最终完成了整个机械手的设计;对于两者的连接,使用液压推杆连接,保持机械手底面始终水平。

在第六章,分析了装卸装置的控制特点,提出了总体的控制方案和整个控制流程图,并在此基础上选择了控制器件。
 
最后总结了整个设计过程,提出了装置的进一步改进思路,为以后大口径拼接镜像望远镜的子镜装卸提供一些经验和借鉴。

Subject Area郭守敬望远镜(lamost) ; 天文技术与方法
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/111
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
望远镜新技术研究室_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
左 恒. 大型拼接镜面望远镜子镜装卸装置的研究[D]. 中国科学院研究生院,2010.
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