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面向在轨装配的八索并联机构构型设计与工作空间分析

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机械工程学报 2021年第21期57卷 1-10页

作者：于金山李潇陶建国王浩威孙浩哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094 福州大学机械工程与自动化系福州350108

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了由八根绳索驱动的索并联机构,具有结构简单、质量轻、工作空间大的特点;针对绳索并联机构的构型综合问题,定义了出线点和绳索与中心执行器连接点的关联矩阵,在此基础上考虑约束条件综合出了八索... 详细信息

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了由八根绳索驱动的索并联机构,具有结构简单、质量轻、工作空间大的特点;针对绳索并联机构的构型综合问题,定义了出线点和绳索与中心执行器连接点的关联矩阵,在此基础上考虑约束条件综合出了八索并联机构的18种有效构型;计算了不同构型的力封闭工作空间以及针对在轨装配任务时的力螺旋可行工作空间,以工作空间体积为指标筛选出了最佳构型;分析了绳索拉力范围以及绳索与中心执行器连接点的位置变化对机构力螺旋可行工作空间的影响,并且对连接点的位置参数进行了优化。

关键词：在轨装配索并联机构构型设计工作空间

航天用大展收比豆荚结构变形规律模型及其仿真验证

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中国机械工程 2023年第7期34卷 780-788页

作者：杨硕张杰孔宁王浩威王晓宇庄原北京科技大学机械工程学院北京100083 北京空间飞行器总体设计部北京100094

豆荚结构又称可盘卷管状伸展臂,是一种具有大展收比的弹性伸展结构,可以被压缩成板状装载在航天器上,需要时自行展开为空心筒,用于展开太阳翼、卫星天线等组件,能够缩小航天器发射时的体积。设计豆荚结构尺寸时需要考虑其力学性能。针... 详细信息

豆荚结构又称可盘卷管状伸展臂,是一种具有大展收比的弹性伸展结构,可以被压缩成板状装载在航天器上,需要时自行展开为空心筒,用于展开太阳翼、卫星天线等组件,能够缩小航天器发射时的体积。设计豆荚结构尺寸时需要考虑其力学性能。针对豆荚结构收纳过程中力学特性影响因素变化多、计算量大等问题,利用力学分析设计了一种数值模型,可以计算不同尺寸参数的豆荚结构整个压缩过程中的压缩力变化。利用有限元分析软件ABAQUS对压缩变形进行仿真分析,对比数值模型的计算结果与仿真结果误差小于10%。通过数值模型分析得到了豆荚结构尺寸参数对压缩力的影响。

关键词：豆荚结构空间伸展机构力学性能仿真分析

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基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

激光与光电子学进展 2023年第1期60卷 101-106页

作者：沈言霞宋书林童星星王浩威郭瑜江南大学物联网工程学院江苏无锡214000

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性,提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅(FBG)进行温度传感,将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化... 详细信息

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性,提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅(FBG)进行温度传感,将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化,大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存,提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调,可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术,该系统利用成熟的电学解调技术解调,无需昂贵的波长解调仪,降低了解调成本。实验结果表明,该系统具有较高的灵敏度和测量精度,平均灵敏度为74.087 kHz/℃,测量精度为0.47×10^(-3)℃。

关键词：光纤光学温度传感器光纤布拉格光栅拍频解调中心点位置

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空间冗余索驱动并联机构的耦合振动特性研究

振动与冲击 2023年第5期42卷 295-304页

作者：于金山陶建国王国星李潇王浩威哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 北京卫星制造厂有限公司北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了索驱动并联机构的方案,对其振动特性进行了研究。基于微分变换推导了机构的刚度矩阵,在此基础上建立了索并联机构的振动方程。通过理论计算分别分析了运动平台的位姿以及绳索拉力水平对机构振动... 详细信息

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了索驱动并联机构的方案,对其振动特性进行了研究。基于微分变换推导了机构的刚度矩阵,在此基础上建立了索并联机构的振动方程。通过理论计算分别分析了运动平台的位姿以及绳索拉力水平对机构振动特性的影响,并通过仿真研究了不同工况下机构的振动规律。搭建了空间冗余索并联机构的缩比样机并开展了机构的振动特性试验,进一步验证了振动模型的正确性以及仿真结果的有效性。结果表明:运动平台在中心位置处时各阶模态是解耦的,不同方向的振动相互独立;在边缘位置处,各阶模态具有强耦合性,单方向的干扰力会引起多个方向的振动,且振动频率以一、二阶固有频率为主。研究结果对于索并联机构的振动控制具有指导意义。

关键词：索并联机构(CDPM) 刚度振动特性固有频率

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双光阱法测量光阱横向力场分布

中国激光 2006年第2期33卷 195-198页

作者：王忠李银妹楼立人王浩威龚錾合肥微尺度物质科学国家实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学物理系安徽合肥230026

提出了用双光阱法测量光阱外缘区力场的方法,建立了双光阱实验装置,其特点是利用一个光阱作为标尺完整测量待测光阱外缘区横向力场分布,测量空间分辨率为10 nm。结合流体力学方法,从实验上给出了完整的光阱横向力场分布。光阱横向力场... 详细信息

提出了用双光阱法测量光阱外缘区力场的方法,建立了双光阱实验装置,其特点是利用一个光阱作为标尺完整测量待测光阱外缘区横向力场分布,测量空间分辨率为10 nm。结合流体力学方法,从实验上给出了完整的光阱横向力场分布。光阱横向力场分布的实验结果与理论计算相符合,对实验结果与理论值存在的差异也进行了分析和讨论,指出了除已有的理论计算采用的几何光学近似模型与实验条件有差别外,粒子在实验过程中伴随的轴向位移也是造成这种差异的主要原因。

关键词：几何光学光阱双光阱法力场分布轴向位移

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新型柔索式杆束结构压紧释放装置

宇航学报 2019年第5期40卷 527-534页

作者：郭一竹郭宏伟李潇王浩威刘冬北京空间飞行器总体设计部北京100094 哈尔滨工业大学机器人与系统国家重点实验室哈尔滨150001

针对空间机械臂、空间可展开天线等空间机构在收拢状态的杆束结构压紧与释放问题,提出一种基于柔性索捆绑压紧与热刀释放的新型压紧释放装置。建立了柔索式压紧释放装置锁紧状态的力学模型,分析了静态压紧和考虑惯性载荷情况下的绳索预... 详细信息

针对空间机械臂、空间可展开天线等空间机构在收拢状态的杆束结构压紧与释放问题,提出一种基于柔性索捆绑压紧与热刀释放的新型压紧释放装置。建立了柔索式压紧释放装置锁紧状态的力学模型,分析了静态压紧和考虑惯性载荷情况下的绳索预紧力变化情况,得到了满足可靠压紧的绳索预紧力设计值。基于质量和刚度等效,设计了机械臂杆束结构力学等效件,并进行了正弦与随机振动力学试验。试验结果验证了所设计的柔索式杆束结构压紧释放装置的可行性,并可以推广到具有复杂包络的杆束结构压紧释放中。

关键词：杆束结构柔索压紧释放装置力学等效

中国东南部复苏卷柏一新种:东方卷柏--基于形态学和分子生物学证据

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中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2022年第2期61卷 57-64页

作者：王浩威戴晶敏陈再雄凡强廖文波有害生物控制与资源利用国家重点实验室/广东省植物资源重点实验室中山大学生命科学学院广东广州510275 广东省韶关市丹霞山管理委员会广东韶关512300

卷柏和垫状卷柏是两种近缘的莲座状复苏卷柏,两者在亚洲皆有广阔的分布区域。本研究描述并修订了东方卷柏这一新种;该种是卷柏和垫状卷柏的近缘种,此前常被错误鉴定为卷柏。东方卷柏与卷柏和垫状卷柏最大的形态差异在于东方卷柏的主茎... 详细信息

卷柏和垫状卷柏是两种近缘的莲座状复苏卷柏,两者在亚洲皆有广阔的分布区域。本研究描述并修订了东方卷柏这一新种;该种是卷柏和垫状卷柏的近缘种,此前常被错误鉴定为卷柏。东方卷柏与卷柏和垫状卷柏最大的形态差异在于东方卷柏的主茎为二叉分枝,而卷柏和垫状卷柏的主茎为羽状分支。形态学和分子系统发育数据分析强烈支持卷柏、垫状卷柏和东方卷柏各自独立的物种地位。通过查阅以往被错误鉴定的东方卷柏标本,可知该种广泛地分布于华东和华南地区。此外,野外调查表明该新种主要生长于丹霞地貌区,有时会和卷柏混生。本文对东方卷柏新种的形态、系统发育和地理分布进行了描述,这将有助于未来的植物学和生态学野外工作者开展针对性的相关研究。东方卷柏学名的种加词orientali-chinensis是我国蕨类分类学家秦仁昌及张朝芳1982年在标本台纸上对该种作出的鉴定,使用的是裸名,没有描述,本文在此正式合格发表继续采用了该名称,以资纪念。

关键词：卷柏属丹霞地貌形态学系统发育地理分布

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面向在轨装配的冗余索并联机构变刚度控制

光学精密工程 2021年第12期29卷 2832-2843页

作者：于金山李潇王国星陶建国王浩威哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京卫星制造厂有限公司北京100094

为了提高一种面向在轨装配的索并联机构的工作性能,提出了变刚度控制算法。建立了索并联机构的完整刚度模型,分析了绳索张力分布对不同方向刚度的影响。然后,考虑影响绳索张力分布的矢量λ的安全边界,建立了变刚度控制算法,该算法消除... 详细信息

为了提高一种面向在轨装配的索并联机构的工作性能,提出了变刚度控制算法。建立了索并联机构的完整刚度模型,分析了绳索张力分布对不同方向刚度的影响。然后,考虑影响绳索张力分布的矢量λ的安全边界,建立了变刚度控制算法,该算法消除了刚度模型中对整体影响较小的耦合刚度,提高了计算效率,并且通过分配权重的方式对不同方向的刚度进行不同优先级的控制。最后,通过仿真与实验对变刚度控制算法的效果进行了验证。以旋拧操作为例,仿真结果表明:在对运动平台施加一定扰动力时,采用变刚度控制算法求解出的索力分布使薄弱方向的振动降低了35%。样机实验结果表明,在对索并联机构样机进行刚度控制后,刚度的测量值与理论值具有较强的拟合性,误差分别为16.3%和14.6%。变刚度控制算法可以提高索并联机构的工作性能,具有较强的实用性,并且可以用于不同类型的冗余索并联机构中。

关键词：索并联机构冗余驱动刚度振动

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空间柔性天线展开臂的半主动振动控制研究

机械工程学报 2020年第5期56卷 116-122页

作者：王晓宇王浩威闫雪梅从强季宏丽裘进浩北京空间飞行器总体设计部北京100094 南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室南京210016

大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果... 详细信息

大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果是有限的。因此研究带负载的复合材料柔性展开臂结构的振动抑制问题,提出用压电元件粘贴在展开臂结构表面作为传感器和驱动器,用基于同步开关阻尼技术的自适应半主动振动控制方法控制压电驱动器,从而对展开臂结构实现振动控制。完成了展开臂模型的建立和仿真分析,建立了展开臂结构的开关阻尼半主动控制试验平台,设计并制作了控制电路,针对需要控制的结构一阶弯曲模态进行压电元件的合理布设。对不同激励下的振动进行了展开臂结构的控制试验,试验结果显示该方法对带负载柔性天线展开臂结构的振动具有良好的抑制效果,对于初始位移为100 mm的瞬态激励振动工况,受控系统等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;对于稳态振幅为50 mm的稳态振动工况,系统控制后结构端部振动幅值降低至10 mm,稳态振动幅值降低了16.843 dB。在大型柔性结构中具有非常好的应用前景。

关键词：同步开关阻尼技术自适应半主动振动控制柔性展开臂结构振动抑制