中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

大型光学红外望远镜副镜的高精度位姿调整对于保证望远镜的成像质量至关重要。本文针对副镜调整系统大负载、高刚度与高精度定位需求，设计了一种采用柔性铰链的六杆并联机构。全文围绕该机构的运动学建模、结构参数优化、位姿误差分析及结构设计开展了系统性的理论分析，并对其核心支链位移促动器进行了样机装配与实验测试。
首先，对六杆并联机构进行了运动学理论建模。推导出了机构的逆运动学解析解，对于较为复杂的正运动学问题，引入了基于同伦思想的路径跟踪原理，有效解决了正解计算中由于初值选取问题导致的非线性方程收敛性问题，采用极坐标搜索法确定了机构的定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间，验证了机构位姿调整范围的对称性。
其次，为提升该六杆并联机构的力学传递性能，使机构接近刚度各向同性，提出了一种基于雅可比矩阵量纲解耦的各向同性优化策略。针对力和力矩量纲不统一的问题，通过对雅可比矩阵分块解耦，定义了力与力矩的灵敏度指标并构建综合目标函数。结合结构参数的单因素敏感度分析，引入粒子群优化算法（PSO）在物理尺寸约束边界内进行多变量协同寻优，获取了使整机力学传递最为均匀的最优几何参数组合。
在此基础上，建立了机构的位姿误差线性映射模型。基于空间封闭矢量法，综合考虑了36项铰链点定位误差与6项支链长度误差，利用蒙特卡洛法进行了位姿误差的统计学分布特性分析。验证了机构在3σ准则下的定位精度满足系统指标要求。对位置与姿态的误差灵敏度进行解耦评估，通过结果确定了支链长度误差是影响动平台精度的主要因素。
最后，完成了动、定平台和支链位移促动器的详细结构设计与样机实验测试。利用ADAMS仿真分析了望远镜在不同高度角下的受力特性，确定了机构在副镜笼内的最佳安装方位。设计并选型了“高精度伺服电机+谐波减速器+滚珠丝杠”驱动方案，研制了带有机械限位保护结构的65 Mn柔性铰链，并通过有限元分析验证了支链促动器的基频与自重变形。搭建了实验测试平台，开展了轴向负载200kg下的性能测试。实测结果表明，支链促动器具备±10 mm的有效行程，运动分辨率达0.5μm，单向重复定位精度可达0.151μm，各项核心指标均达到了设计预期，验证了理论模型与结构设计方案的正确性与工程上的可行性。