开题报告-空间在轨重复锁紧释放机构的设计

开题报告学生姓名学号专业课题名称一种空间在轨重复锁紧释放机构阅读文献情况国内文献15篇开题日期2020/03/25国外文献5篇开题地点机械楼714一、文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献）1.1空间在轨重复锁紧机构的特点（1）产品的精度高，可以完成在各种空间操作平台在轨无冲击释放精度有效载荷的任务。（2）操控性好，成本低，重复利用率高，与传统的一次性锁紧技术和火工解锁装置相比，其可以满足在天地往返系统对所运输的大尺寸、重载物资的锁紧-释放-再锁紧的需求，在航空航天领域具有重大作用。（3）稳定性强、冲击力小，与传统爆炸螺栓与火工切割器等火工装置相比，它的锁紧-分离-锁紧并不会产生巨大的冲击，不会对空间操作平台的姿态和精度控制产生影响。（4）结构简单、紧凑，这机构由锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构交叉布置，能够使被固定物的所有自由度完全被限制。1.2空间在轨重复锁紧释放机构的现状当前,世界上越来越多的国家致力于发展航天技术,我国载人空间站的建设也已经启动,有大量空间结构需要搭建与维护,而机构的优化设计属于这一重要技术领域。空间机械臂、末端执行器、臂间连接器以及更换装置等机构优化技术将发挥重要的作用,其中空间锁紧释放连接器的优化设计研究具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。人类在太空的活动越来越多，需要完成大量的空间操作任务，如卫星的捕捉、释放、回收和维修，空间垃圾的清理，科学实验载荷的照料，星球表面探测等等，如此众多的危险工作不能仅靠宇航员去完成，因而空间大型机械臂、末端工具更换装置等空间机械人技术将发挥重大作用，所以空间机械臂将起到很大的作用，而作为空间机械臂的执行部件，锁紧机构发挥着重要的作用，空间机械臂锁紧机构要求工作稳定、可靠，该锁紧机构能否可靠工作直接关系到空间机械臂能否完成预期任务。1.3空间在轨重复锁紧释放机构的发展趋势20世纪70年代，美国率先提出了在宇宙空间利用机器人系统的概念，旨在通过机器人的引用进行设备的组装、回收、维修以及在及其恶劣的空间环境下完成一些人类难以完成的舱外活动。目前，空间机器人研究主要集中在卫星、航天飞机以及国际空间站上的空间机械臂。加拿大和美国一直在该研究领域处于世界先进水平，自从1981年哥伦比亚航天飞机在外空首先使用机械臂以来，此机构承担了多次外太空精确操作任务。航天技术的发展，空间机械臂起到非常重要的作用，而重复锁紧释放机构也是其主要部分，由此可见其流行的趋势。且近年来，随着空间站建设与空间探测技术的发展，天地往返系统对所运输的大尺寸、重载物资的锁紧一释放一再锁紧需求日益强烈，各种空间操控平台在轨无冲击释放精密有效载荷的任务要求也越来越多。因此，原有的一次性锁紧技术和火工解锁装置己经无法满足当前和未来空间任务的要求。近些年来很多国外研究机构都在开展可重复锁紧机构的设计与研究，由此可见关于空间锁紧释放连接器的在将来的运用尤其是航天航空领域方面将起到至关重要的作用。1.4空间在轨重复锁紧释放机构的意义和价值航天技术发展和航天工业的产生基础虽然是强烈的政治需求和军事需求，同时随着卫星等相关技术的发展和应用，也取得巨大的经济效益和社会效益。目前以发射的航天器广泛用于对地观察、通信广播、气象预测等方面。因此世界上越来越多的国家致力于发展航天技术，其中也包括机构的优化与应用，空间在轨重复锁紧机构就属于这一重要技术领域。其中在航空航天领域，航天器与有效载荷的连接分离大多采用爆炸螺栓与火工切割器等火工装置，虽然具有结构简单、可靠性高等特点，但无法实现在轨重复锁紧功能，同时火工分离产生的巨大冲击对空间操控平台的姿态和精度控制均产生严重影响。目前，美国和日本围绕空间站"希望号"节点舱外暴露平台建设及货物转移运输要求，先后开展了可重复锁紧机构的设计与研究，并经过了航天飞机和运载火箭的飞行验证，证实其设计的有效性和可靠性。在我国，尽管近年来在航天器连接与分离机构领域的研究取得了诸多技术成果和工程应用，但针对在轨应用的大承载低冲击重复锁紧释放机构的研究尚未开展，而且现有的锁紧释放机构存在不可重复使用，且释放过程中冲击过大的问题。因此如若能解决此问题，我国的航天航天事业必会向前迈出巨大的一步。2.参考文献：潘冬.空间柔性机械臂动力学建模分析及在轨抓捕控制[D].孙海霞,范瑞祥.星箭包带锁紧装置分离过程动态包络的动力学仿真[J].导弹与航天运载技术,2004(04):15-18.特能213所两型火工装置助力“一箭五星”[J].中国军转民,2018(12):88.程靖.空间机器人捕获航天器过程动力学演化分析与其后控制系统设计[D].2017.王刚.压力传感器校准和测控系统研究[D].四川大学,2005.濮良贵纪名刚主编《机械设计》高等教育出版社2005.陈修龙,姜帅,贾永皓,余神合.基于工程软件的“机械设计基础”课程设计实践[J].实验科学与技术,2020,18(02):53-57.HuaiyuanW.TheEffectofSelf-AssemblyModifiedPotassiumTitanateWhiskersontheFrictionandWearBehaviorsofPEEKComposites[J].Wear,2010,269.[10]PatilA,AudsleyN.AnEfficientPageLock/ReleaseOSMechanismforOut-of-CoreEmbeddedApplications[C]//IEEEInternationalConferenceonEmbedded&Real-timeComputingSystems&Applications.IEEE,2007.[11]PatilA,AudsleyN.AnEfficientPageLock/ReleaseOSMechanismforOut-of-CoreEmbeddedApplications[C]//2007.[12]邓雅.空间机械臂建模及轨迹跟踪控制方法研究[D].2014.[13]姚威.空间大负载柔性机械臂轨迹跟踪策略研究[D].北京邮电大学,2013.[14]张慧芳,邓宗全,吴湘,etal.机械臂锁紧-释放机构解锁过程运动分析[J].机械工程师,2006(07):54-56.[15]张慧芳.空间机械臂锁紧装置设计与分析[D].哈尔滨工业大学.[16]田士涛,吴清文,贺帅,etal.空间机械臂锁紧机构等效线性化分析及验证[J].光学精密工程,2016,v.24(03):130-139.[17]机械臂锁紧-释放机构解锁过程运动分析KinematicAnalysisofreleasingprocessofLocking-releasingMechanismforRoboticArm[18]李相宇.基于形状记忆复合材料的锁紧释放机构设计与试验研究[D].[19]GabeleL.Lockandreleasemechanismforasternalclamp[J].ASecondPositionDesignatedAstheClosingStatus&Shownin,2013.[20]HarveyD.Lockreleasemechanismforfoldablewalkersandrollators[J].2010.二、本课题的基本内容，预计解决的难题本课题以空间锁紧装置为研究对象，通过分析锁紧机构的功能，拟定并优化传动方案，进行结构设计，虚拟装配，在此基础上生成二维装配图及二维零件图。阅读相关中文与英文文献若干篇，并完成英文资料的翻译；锁紧装置的方案选型、优化，机构设计；三维锁紧装置各零部件的建模与装配；锁紧装置的运动模拟及分析；二维总装图、零件图、三维装配图三、课题的研究方法、技术路线1.学习和借鉴国内外产品已有技术；2.查找相关资料并阅读，初步拟定机构方案，并进一步优化，并最终确定结构方案；3.根据任务书要求和原始资料进行初步的计算；4.计算并设计传动部分的主要零部件；5.利用三维软件对零件进行建模并装配；6.生成装配二维图和零件二维图；四、进度计划起讫日期工作内容3.4～3.10明确设计内容，利用网络、图书等资源查找资料，翻译英文文摘；3.11～3.17了解锁紧机构的结构、原理等；资料分析与整理，准备开题报告；3.18～3.25资料分析与整理，完善开题报告；3.26～4.15熟悉设计软件、对锁紧机构的若干细节进行设计，如传动部分、进给部分等；4.16～4.26草绘图纸，并绘制装配图；4.27～5.10确定标准件，修改前期错误，选择电机，确定主轴等零部件的配合；5.11～5.20绘制零件图；用三维建模对零部件进行实体造型；5.21～5.28生成二维装配图、零件图并修改完善；5.29～6.7检查整个设计过程，提交毕业设计资料，进行毕业答辩。指导教师评语