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基于主动柔顺的光机模块装校力学研究

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目录

1 绪 论

1.1 课题来源与背景

1.2 柔顺装校技术的国内外研究现状

1.2.1 被动柔顺装校技术国内外的研究现状

1.2.2 主动柔顺装校技术国内外的研究现状

1.2.3 复合柔顺装校技术国内外研究现状

1.3.1 六自由度机构国外研究现状

1.3.2 六自由度机构国内研究现状

1.4 论文研究内容

2 主动柔顺装校机构结构设计

2.1 引言

2.2.1 光机模块分析

2.2.2 光机模块装校流程分析

2.2.3 功能需求分析

2.3 六自由度装校机构设计

2.3.1 六自由度装校机构结构设计

2.3.2 六自由度装校机构自由度计算

2.4.1 平面调整机构逆运动学分析

2.4.2 水平调整机构逆运动学分析

2.5 本章小结

3 主动柔顺装校力学分析及位姿判断

3.1 引言

3.2.1 六维力传感器介绍

3.2.2 主动柔顺装校力学模型

3.2.3 光机模块与洁净厢接触情况分析

3.3.1 单点接触力学分析及位姿判断

3.3.2 两点接触力学分析及位姿判断

3.3.3 边接触装校力学分析及位姿判断

3.3.4 多点接触力学分析及位姿判断

3.4 卡阻状态装校力学分析及位姿判断

3.4.1 光机模块绕X轴转动

3.4.2 光机模块绕Y轴转动

3.5 位姿判断总结

3.6 本章小结

4 主动柔顺装校位姿调节策略

4.1 引言

4.2 主动柔顺装校角度位姿变换理论

4.3.1 单点接触位姿调节策略

4.3.2 两点接触位姿调节策略

4.3.3 边接触位姿调节策略

4.3.4 多点接触位姿调节策略

4.3.5 卡阻状态位姿调节策略

4.4 本章小结

5 基于Adams的主动柔顺装校仿真和实验

5.1 引言

5.2 三维模型建立及处理

5.3 基于Adams的主动柔顺装校仿真坐标变换

5.4 单点接触模拟仿真

5.4.1 光机模块顶点A发生接触

5.4.2 光机模块顶点B发生接触

5.4.3 光机模块顶点C发生接触

5.4.4 光机模块顶点D发生接触

5.5 两点接触模拟仿真

5.5.1 光机模块顶点A、B发生两点接触

5.5.2 光机模块顶点A、C发生两点接触

5.5.3 光机模块顶点B、C发生两点接触

5.5.4 光机模块顶点C、D发生两点接触

5.5.5 光机模块顶点A、D发生两点接触

5.5.6 光机模块位姿仿真结果总结及分析

5.6 光机模块的位姿调节策略仿真

5.7 光机模块装校样机实验

5.8 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B 学位论文数据集

致谢

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摘要

在惯性约束聚变实验中,大量的光机模块需要被安装到激光装置指定的位置。为了保证激光装置有较高的精度,这就对光机模块的安装精度提出了很高的要求。其中,下装光机模块(以下简称光机模块)是其中的一种重要的光机模块,且其具有种类多、高度高、呈片状等特点。这些光机模块需要被安装到激光装置特有的箱体(洁净厢)中,箱体和光机模块的装校呈配合间隙小,内部黑暗、不易观察等特点,恶劣的作业环境给光机模块的装校带来了很大的难度。本文将光机模块的装校过程视为轴孔装配的过程,并基于轴孔装配的思路对模块的装校进行力学分析。通过参考主动柔顺的轴孔配思想,本文引入了一种基于主动柔顺的光机模块装校思路来完成光机模块的装校。  首先,本文对光机模块的种类、装校流程进行了分析,得出了装校机构的功能需求,并设计了一种具有六自由度的光机模块装校机构,在装校机构的顶端布置有一个六维力传感器用于光机模块主动柔顺装校。该装校机构由两层机构串联组成,分别为水平调整平台和平面调整平台。其中,水平调整平台的结构形式为3-PSP/PSS,平面调整平台的结构形式为 3-PPR。接着本文对六自由度装校机构进行了自由度计算和运动学逆解计算,保证了装校机构自由度的完整,同时为六自由度装校机构的运动控制提供了理论依据。  其次,结合六维力传感器,对光机模块在装校的过程中可能出现的接触情况进行装校力学分析,推导出光机模块发生接触时的位姿判断方式。在光机模块装校过程中,光机模块与洁净厢接触的过程分为光机模块对接接触阶段(光机模块与洁净厢倒角处接触阶段)、模块在洁净厢中的接触阶段。其中,对接接触阶段可分为四种情况:单点接触、两点接触、多点接触、边接触;模块在洁净厢中接触阶段为边接触,边接触可能会导致光机模块产生卡阻现象。  然后,结合六维力传感器,对光机模块在装校过程中出现的接触情况进行力学分析,推导出不同接触情况下的光机模块位姿调节策略。通过对光机模块的不同位姿进行受力分析,利用谢国芳欧拉角计算公式,计算出不同位姿下光机模块的位姿变换欧拉角,得出相应位姿下的光机模块位姿调节策略。  最后,本文基于Adams软件对光机模块装校过程的位姿判断和位姿调节进行仿真,以及部分装校样机实验,有效验证了位姿判断公式和位姿调节公式的正确性。为解决下装光机模块在恶劣的安装环境下的装校问题提供了有效参考。

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