_嫦娥五号_月球探测器着陆姿态模拟装置设计_高奔_部分2.docx

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1、69高奔等：“嫦娥五号”月球探测器着陆姿态模拟装置设计(C) 1994-2020 China Academic Journal Electronic Publishing louse. All rights reserved, 图8主动推杆推力和平台姿态角仿真曲线Fig.8 Simulated driving forces of the active links and anglesof the platform考虑模型的误差、过载安全系数以及运动过程中可能产生的惯量等因素，最终选取主动推杆(电动推杆)参数如表3所示。表2电动推杆的行程要求Table2Thestrokeoftheactivel

2、inks单位：mm最大杆长乙海最小杆长Ainin所需行程A967.2709.6257.6为减少理论计算，这里采用仿真分析的方法计算主动推杆的推力。图7所示为简化后的调姿机构仿真模型，将模型导入动力学仿真软件ADAMS中，对模型施加标准重力加速度，在运动平台几何中心处施加质量(约中00kg)及负载力(300kg),按照表1的尺度参数及2.2.2节中的位置逆解计算,对调姿平台进行动力学仿真。图7推杆推力仿真模型Fig.7Thesimulationmodelofdrivingforces主动推杆推力和平台姿态角仿真曲线如图8所示：在整个100s的运动过程中，最大推力出现在动平台俯仰和滚动姿态由(0,

3、0)变化至IJ(20。,20。)的过程中，推力峰值约为7870No8000r推杆-推杆2表3电动推杆性能参数Table3Parametersofthelinearactuators最大推力/kN10行程/mm270螺距/mm5定位精度/mm0.005重复定位精度/mm0.02最大运行速度/(mnrs)20备注梯形丝杠2.3升降平台升降平台采用“i拖四”的方式实现，布局如图9所示，主要包括底架、升降机组件以及完成转运、支撑、吊装等功能的附属件。升降机组件是升降平台实现上升和下降功能的主要部分。为保证运行平稳，转向箱与升降机连接采用万向轴连接，以减少安装和加工误差对传动系统的附加外力。(a)升降平

4、台结构(b)升降机组件布局和尺寸并联调姿平台的工作过程如图10所示。具体为：用户在人机交互程序中输入需要翻转的角度和升降高度值，上位机通过运动学解算将翻转角度转换为各个电动推杆的伸缩量后传递给运动控制器，由运动控制器将运动指令发送到电动推杆的伺服电机驱动器，驱动电机工作；在运动过程中，编码器将电动推杆的真实移动距离反馈给驱动器，实现闭环控制。另外，当3个电动推杆中的任何一个运动到极限位置，触发限位开关时，3个电动推杆同时停止工作，并启动抱闸，以保证系统安全。升降平台仅需控制升降机的高度，其控制模式和过程与并联调姿平台类似。底架图9升降平台主要结构和尺寸Fig.9Structuralcompos

5、itionsanddimensionsoftheliftplatform按照调节时间以及承载要求，预留安全系数后，选取的伺服电机、升降机和转向箱的主要参数如表4所示。名称规格型号主要参数升降机SJ50-RN-C400-P额定承载5t,减速比1 : 14,有效行程600 mm,可自锁转向箱1EC-80P0143.15减速比1 ： 3.15转向箱2EC-100P01-i2.5减速比1 : 2.5伺服电机松下MSME8-2G1T功率750 W,扭矩2.4N-m,额定转速 3000 r/min70航天器表4升降机组件主要外购件规格和性能Table4 Parameters of the main par

6、ts of the lifting module环境工程第37卷图10平台升降及翻转、俯仰控制过程框图Fig.10 Block diagram of lifting, pitching and rolling controlsof the simulator 2 )控制系统硬件2.4控制系统1)模拟装置的工作过程和控制模式升降平台及并联调姿平台的控制方式采用容易实现精确定位的有上位机的外环PID控制，整个系统的定位精度由电机驱动器和编码器共同保证。模拟装置控制系统采用PC机+运动控制器+触摸屏的硬件结构型式，具体包括控制单元、驱动单元、配电单元、液晶触摸屏、倾角传感器及限位开关等。220VAC

7、,16A控制系统独立于姿态模拟装置，集成于控制柜中，其硬件结构框图如图11所示。帧加传感器触摸屏PC机比拟量输出通信接口存储器II闸/71模拟装置的软件主要完成人机交互界面显示、运动学反解、运动信息处理和实时监视、数据记录、参数设置、运动控制等功能。利用运动控制器提供的ActiveX控件在VC+、C#等环境下开发人机交互界面，完成俯仰和翻转、升降等功能的参数输入和指令控制，同时监视各个交流伺服电机的工作状态，将运动信息实时显示并存储，可以高效完成控.制系统的全部功能。控制软件实现的功能如图12所；示。视k上翻转及开纤运动控制一上而转及升降点动控制_图11控制系统硬件结构框图Fig. 11 Ha

8、rdwaresofthecontrolsystem第1期高奔等：“嫦娥五号”月球探测器着陆姿态模拟装置设计3）控制系统软件设计图12控制软件功能Fig. 12 Functionsofsoftwareofthecontrolsystem3调试和试验1）运动范围和姿态调节精度调节升降平台高度，上下限位之间行程约为500mm,可有效覆盖450mm的行程需求。将升降高度调整至350mm,在方位角力为0。位置，使上平台翻转角从0。开始慢速调整至20。，记录组合体上平面上倾角仪的实测数据。类似地，在方位角d分别为4590。、135180225。、270。、315。状态下翻转20,记录姿态实测数据如表5所示

9、。实际调试结果表明，并联调姿平台在俯仰和滚动角度为-20。20。时，机构运行稳定且没有发生结构干涉。测算数据表明，并联调姿平台的姿态调节精度优于0.1,满足使用要求。同时，实际运行结果也证明T2.2.2节的运动学分析在实际控制过程中的有效性。2)并联调姿平台电动推杆的实际推力调试过程中，采用松下伺服电机调试软件(PANATEM)对并联调姿平台推杆电机的实际运行状态进行监测，在调姿平台上平台由俯仰和滚动姿态(0,0)运动到(20。,-20)的过程中，监测到伺服电机扭矩使用率峰值为最大，约为80%o通过线性换算得到实际推杆推力约为8000N,与仿真分析得到的推力偏差在5%之内，考虑到模型建立的误差

10、和设备实际运行过程中的惯性力等影响，上述误差值可以接受。实际调试和试验结果也表明，通过仿72航天器真分析得到的结果满足工程需求。表5不同方位角6下翻转角20。(6=20。)后实测姿态数据Table5Measuredattitudeangleofthesimulatorturnover20实测数据阴0)04590135180225270315/()0.04-13.48-20.00-13.410.1413.4620.0113.68例。)20.0314.860.04-14.74-20.01-14.780.1614.49合成角度伙。)20.0320.0620.0019.9220.0119.9920.0

11、219.924结束语采用并联调姿平台加升降平台的混联机构形式设计的探测器着陆姿态模拟装置，达到了结构紧凑、承载能力大、精度高、运行平稳等预期目标，主要体现为：1)3UES/PU形式的并联机构，满足着陆姿态模拟装置对转轴和“牵连运动”的要求；2)在未采用特殊的精度补偿手段的情况下，选取合适参数的驱动组件以及常用的编码器与驱动器结合的闭环控制模式，3URS/PU并联机构可以实现较高的姿态调节精度，能够满足实际工程应用需求；3)采用理论计算与软件仿真分析结合的方式，避免了繁冗的动力学计算，得到了满足工程需求的并联调姿平台的推力参数；同时，仿真和调试试验结果表明，对并联机构的位置逆解分析有效。参考文献

12、(References)秦家勇，装一飞，王晶，等.“嫦娥三号”巡视器热试验月面姿态模拟装置研制J.航天器环境工程,2017,34(6):656-661QINJY,PEIYF,WANGJ,etai.DesignoftiltattitudesimulatorfbrthermaltestofChange-3lunarroveronlunarsurfaceJ.SpacecraftEnvironmentEngineering,2017,34(6):656-661环境工程第37卷2李口华，袁伟峰,高庆华,等.卫星真空热试脸倾斜姿态模拟装置的设计J.航天器环境工程,2015,32(5):554-559LIR

13、H,YUANWF,GAOQH,etaLDesignofsimulationdevicefbrspacecraftinclinedpostureinthermalvacuumtestJ.SpacecraftEnvironmentEngineering,2015,32(5):554-5593黄真.并联机器人机构学理论及控制M.北京:北京出版社，1997:1-11;187-2244黄真,赵永生,赵铁石.高等空间机构学M.北京：高等教育出版社,2006:326-3285STEWARTD.AplatformwithsixdegreesoffreedomJ.ProcInstMeehEng,1965/196

14、6,180(15):371-3866张立杰,雷超,郭菲,等.一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析J.燕山大学学报,2012,36(3):196-200ZHANGLJ,LEIC,GUOF,etal.Deflectioncapacityanalysisofmovingplatformofa3-RPSparallelmechanismJ.JournalofYanshanUniversity,2012,36(3):196-2007黄真，赵铁石，王晶.欠秩三自由度并联平台机构工作空间中的单纯性运动路径四.机器人，1999,21(3):228-233HUANGZ,ZHAOTS,WANGJ.Simple-motiontrajectoryinworkspaceofdeficiency-rankthree-DOFparallelmanipulator.Robot,19