采用新型高精度类V型柔性铰链设计了柔性微位移放大机构,以减小该类机构的寄生运动并提高其动力学性能。对类V型柔性铰链与最常见的高精度直圆型柔性铰链的性能进行了比较; 在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上, 基于弹性力学和材料力学理论推导了基于类V型柔性铰链和基于直圆型柔性铰链的两类二级杠杆式微位移放大机构的放大比。采用ANSYS软件, 建立了放大机构的有限元模型, 验证了位移放大比的理论推导, 并对上述两类放大机构的位移放大比、寄生运动和固有频率进行了仿真和比较。有限元分析结果显示: 基于类V型柔性铰链的放大机构有着更小的寄生运动和更高的固有频率, 且前2阶固有频率分别是基于直圆型柔性铰链放大机构的1.68倍和1.41倍。最后, 采用微视觉测量系统测量了两类放大机构的位移放大比和寄生运动。结果表明: 基于类V型和直圆型柔性铰链放大机构的放大比和相对寄生运动比分别为4.387、4.529和0.314 7、0.334 2, 显示类V型柔性铰链用于微位移放大机构可有效减小寄生运动并提高动力学性能。

针对望远镜副镜姿态和焦距自动调整的需求, 设计了副镜三自由度并联支撑机构构型, 分析了它们的运动学特性并讨论了构型的选取。首先, 基于约束螺旋理论, 设计了对称三支链两转一移并联机构的构型; 根据副镜支撑运动副尽可能少、低惯性、直线驱动等要求, 选取了12种可行构型。然后, 针对12种可行构型, 根据驱动输入特点和支链约束特性, 提出分类建模思想, 并建立了统一运动学模型; 引入ZXZ欧拉角法描述机构姿态, 简化了姿态空间和伴随运动的表达和分析方式。最后, 以1.2 m口径望远镜系统为例, 仿真研究了副镜并联支撑机构的伴随运动。结果表明, 支链约束力线矢平行静平台的7种构型具有更小的伴随运动, 不大于0.27 mm。该项研究为后续的精度和刚度特性研究提供了基础。