中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

现有的引力波望远镜多安装在高海拔、环境恶劣、操作空间狭小的地区，限制了大型起吊设备装卸望远镜的使用。为了满足望远镜镜筒在高海拔地区的频繁安装需要，提高望远镜工作效率，设计一种可以在有限空间、短时间内完成对望远镜镜筒的装卸、校准的装卸机构具有重要的现实意义。

针对引力波望远镜在使用中存在的上述问题，本文开展了一种集装卸、校准为一体的望远镜镜筒装卸机构设计、结构优化及性能研究的工作。主要工作及创新如下：
（1）提出了一种集抓取、安装、校准功能于一体的装卸机构设计方案。该方案包括支撑机构、升降机构、夹爪机构及校准机构四部分。每个机构的详细设计中，包括机构的主要组成、材料选择；对于成品部件，依据其所承受载荷，通过计算分析，完成部件的选型。设计了装卸机构的详细设计三维图。
（2）用Python语言编程的方式在ABAQUS软件环境中建立装卸机构有限元模型，实现对装卸机构的应力、变形位移及模态分析。以此为基础，对机械手进行了拓扑优化和结构尺寸优化，以获得刚度满足要求且质量最小的优化目标。对优化后的装卸机构进行应力、变形位移及模态分析，并与优化前的机构进行对比，结果表明优化机械手的质量减少，装卸机构的整体应力水平和局部应力最大值均大幅下降，Y向的变形位移减少约30%，机构的稳定性和整体刚度得到提高。
（3）对装卸机构进行了多刚体和刚柔耦合两种方式的运动学仿真，分析了机构在倾斜运动、升降运动以及倾斜+升降组合运动中的驱动力、位移、速度及加速度随时间的变化情况。两种仿真结果对比发现，考虑机械手柔性后引起装卸机构的驱动力、位移、速度及加速度的变化量很小（均小于0.5%），表明优化后机构具有足够刚度，满足使用要求；验证了各部件均能保证装卸机构的正常运行。